薛丁格的貓實驗讓科學家同時觀察兩種狀態的分子

薛丁格的貓可能是最著名的量子力學想法，但背後的科學也可以用於實際實驗，例如拍攝分子的詳細行為。

SLAC 國家加速器實驗室的科學家將碘分子同時置於兩種狀態：激發態和非激發態（稱為「貓態」），並使用直線加速器相干光源(LCLS) 發出的X 射線來研究分子的行為。 透過收集數十億個分子的數據，研究人員能夠製作一部關於量子世界中發生的事情的電影。

LCLS 是最在世界範圍內，研究人員能夠進行包含大量資訊的觀察。 科學家可以看到小至 0.03 奈米（約為氦原子大小）的細節和短至十億分之三十分之一秒的變化。

「我們的方法是量子力學的基礎，因此我們渴望在其他小分子系統上進行嘗試，包括涉及視覺、光合作用、保護DNA 免受紫外線損傷以及生物中其他重要功能的系統，」資深作者Phil Bucksbaum 說， SLAC 的教授陳述。

在這項研究中，可在arXiv並在《物理評論快報》上接受發表，該團隊研究了由兩個碘原子組成的振動分子。 這些分子被置於貓狀態，就像著名的思想實驗一樣，它們同時處於兩種不同的配置：興奮和未興奮。

研究人員向它們發射 X 射線，強大的光子同時撞擊兩種構型，產生 X 射線全像圖，這是分子激發態的詳細圖像。 這種方法使科學家能夠「看到」原子層面上發生的事情。

巴克斯鮑姆解釋說：“我們看到它開始振動，兩個原子彼此靠近和遠離，就像它們被彈簧連接在一起一樣。” 「同時，我們看到原子之間的鍵斷裂，原子飛入虛空。 同時，我們看到它們仍然連接在一起，但在返回之前以一定距離懸停一段時間。 所有這些可能的結果都發生在幾萬億分之一秒之內。

薛丁格的貓是奧地利物理學家艾爾文‧薛丁格提出的著名悖論，旨在挑戰量子力學與宏觀世界的連結。 隨著時間的推移，該實驗已成為粒子疊加的家喻戶曉的例子，粒子同時處於兩種狀態，就像那隻著名的貓被認為既活著又死了。

^{在這個簡短的動畫中，紅點代表處於非激發態的分子，藍色是處於激發態的分子。 激發態的振動更劇烈，距離更遠，甚至彼此掙脫。 JM Glownia 等/SLAC}