物理学家用里德堡原子造出破纪录薛定谔猫

“薛定谔的猫”这个思想实验，物理学家们似乎总在想办法把它“喂”得更大。据 ScienceAlert 报道，德国马克斯·普朗克量子光学研究所的物理学家亨德里克·黑格尔斯带领团队，利用一种被称为里德堡原子的“超级蓬松”原子，造出了他们所称“世界纪录尺寸”的光学猫态。先说清楚“猫”是什么。1935年，奥地利物理学家埃尔温·薛定谔提出这个思想实验，本意并不是讨论猫本身，而是展示量子叠加被延伸到日常世界时会发生什么：猫被封在箱子里，生死取决于一个随机量子事件，在打开箱子观测之前，量子力学把系统描述为两种可能性的叠加。在真实的量子实验里，叠加不是抽象悖论，而是可以制造和测量的现象。科学家能制造彼此差异很大的状态叠加，差异越大，对应的“薛定谔猫态”就被认为越大。报道里用了一个很直观的比方：不是“死与活”的差别，而更像一具化石骨架和一只跳踢踏舞的猫之间的差别。

状态拉得越开，它们之间脆弱的量子关联就越容易被周围环境破坏，这个过程叫退相干。所以，制造更大的猫态，也是在逼近一个根本问题：量子世界到底在哪里结束，我们熟悉的经典世界从哪里开始？里德堡原子在这里派上了用场。普通原子由原子核和周围一小群电子组成，给电子能量，它可能跳到离核更远的高能态，原子会稍微膨胀一点。里德堡原子则是电子被激发到很高能量、但仍留在原子束缚范围内的状态，其轨道可以延伸到离核相当远的地方，按原子尺度看大得惊人，那个被激发的电子也处于“再松一点就要飞走”的边缘。这种松散让里德堡原子行为夸张，也因此适合做实验。其中一个夸张行为是里德堡原子之间相互作用很强：把一个原子激发到里德堡态，它的影响可以阻止附近原子被同样激发，这被称为里德堡阻塞。

研究团队利用这种阻塞，让光子间接地相互影响。他们从一团被两面镜子困住的原子云开始，这团原子可以被激发到里德堡态；镜子让光反复穿过原子云，增强光与原子之间的相互作用。报道到这里截断了，没有给出实验的全部细节和最终测量结果。不过可以确定的是，这项工作把光学猫态的尺寸推到了一个新纪录，而“猫”越大，物理学家就越有机会去追问量子与经典之间那条模糊的边界到底画在哪里。这类实验的有意思之处，不在于猫本身，而在于它把“宏观世界为何看起来确定”这个问题，变成了实验室里可以一点点逼近的测量对象。至于边界究竟在哪，目前仍是巨大的问号。