Частинки можуть рухатися як хвилі по різних траєкторіях одночасно – це одне з найважливіших відкриттів квантової фізики. Команда з TU Wien, INRIM Turin та ILL Grenoble досягла саме цього результату, використовуючи високоточну платформу з нахиленим наконечником для вирівнювання кристалів.
Автори заявили, що це відкриває абсолютно нові можливості для квантових вимірювань, зокрема, можна досліджувати квантові ефекти в гравітаційному полі.
Раніше нейтронні інтерферометри активно використовували для точних вимірювань і фундаментальних фізичних досліджень. Однак дотепер їх розмір був обмежений, тому що вони працювали тільки в тому випадку, якщо були зроблені з цілісного шматка кришталю. З 1990-х років були спроби виготовити інтерферометри з двох окремих кристалів, але безуспішно.
Автори пояснюють, що принцип роботи інтерферометра аналогічний знаменитому експерименту з двома щілинами. Це експеримент, проведений Томасом Юнгом і став експериментальним доказом хвильової теорії світла. У досліді пучок монохроматичного світла направляється на непрозорий екран-ширму з двома паралельними прорізами, позаду якого встановлюється проєкційний екран. Ширина прорізів приблизно дорівнює довжині хвилі випромінюваного світла. На проєкційному екрані виходить цілий ряд інтерференційних смуг, які чергуються. Інтерференція світла доводить справедливість хвильової теорії.
В експерименті з двома щілинами дві щілини знаходяться на мінімальній відстані одна від одної. А в нейтронному інтерферометрі частинки поділяються на дві різні траєкторії з проміжком в кілька сантиметрів. Хвиля частинки досягає макроскопічного розміру, але якщо накласти обидва шляхи один на одного, то видно, що частка не вибирала один зі шляхів, вона використовувала обидва одночасно.
У такому експерименті вимоги до точності дуже високі. Коли кристал інтерферометра зміщується на один атом, інтерференційна картина зсувається на повний період. Якщо один з кристалів повернути на кут близько ста мільйонних часток градуса, то інтерференційна картина руйнується.
Національний Інститут метрології Річерка (INRIM) в Турині надав необхідні технології в області комбінованої оптичної та рентгенівської інтерферометрії. Скануючі рентгенівські інтерферометри також складаються з окремих кремнієвих кристалів і мають аналогічну чутливість. Чутливість до просторового зміщення кристала використовували, щоб визначити постійну решітку кремнію з безпрецедентною точністю. Цей результат дозволяє підрахувати атоми макроскопічної кремнієвої сфери, а також визначити константи Авогадро і Планка.
Так фізикам вдалося використовувати в експерименті окремі кристали з рентгенівськими інтерферометрами. Вони змогли виявити нейтронні перешкоди в системі з двох окремих кристалів.