Επιστήμονες από το Ινστιτούτο Κβαντικών Τεχνολογιών και το Πανεπιστήμιο της Βιέννης κατάφεραν να παρατηρήσουν για πρώτη φορά περίθλαση ατόμων υδρογόνου και ηλίου υψηλής ενέργειας μέσω ενός μονοατομικού φύλλου γραφενίου. Η ανακάλυψη αυτή επιβεβαιώνει την κυματική φύση της ύλης και ανοίγει νέους δρόμους στην ανάπτυξη κβαντικών τεχνολογιών.
Ιστορικό Πλαίσιο
Η περίθλαση αποτελεί θεμέλιο λίθο της κβαντομηχανικής, αποδεικνύοντας ότι τα σωματίδια μπορούν να συμπεριφέρονται ως κύματα. Το 1927, ο George Paget Thomson απέδειξε την κυματική φύση των ηλεκτρονίων, οδηγώντας στη δημιουργία του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου.
Ωστόσο, η περίθλαση ολόκληρων ατόμων υψηλής ενέργειας θεωρούνταν μέχρι σήμερα αδύνατη, λόγω της πεποίθησης ότι θα κατέστρεφαν τα λεπτά πλέγματα που χρησιμοποιούνται στα πειράματα.
Το Πείραμα
Η ερευνητική ομάδα με επικεφαλής την Carina Kanitz χρησιμοποίησε ένα φύλλο γραφενίου πάχους ενός μόνο ατόμου. Κατεύθυναν δέσμες υδρογόνου και ηλίου με ενέργεια keV πάνω του και κατέγραψαν, μετά από 100 ώρες έκθεσης, καθαρά μοτίβα περίθλασης.
Το γραφένιο επέτρεψε τη συνεκτική σκέδαση των ατόμων χωρίς να καταστραφεί, χάρη στην:
- εξαιρετικά λεπτή δομή του,
- υψηλή αντοχή του,
- χαμηλή μεταφορά ορμής.
Επιστημονικές Επιπτώσεις
Η επιτυχία του πειράματος επιβεβαιώνει πως ακόμη και υψηλής ενέργειας άτομα έχουν κυματική συμπεριφορά και μπορούν να παρουσιάσουν περίθλαση, κάτι που θεωρούνταν αδύνατο.
Πρακτικές εφαρμογές:
- Ανάπτυξη παρεμβολόμετρων ατόμων για ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων
- Κβαντικοί αισθητήρες υψηλής ευαισθησίας
- Καλύτερη κατανόηση της αποσυνεκτικότητας στην κβαντική κλίμακα
Συμπεράσματα
Η περίθλαση ατόμων μέσω γραφενίου αποτελεί ορόσημο στην κβαντική φυσική. Επιβεβαιώνει θεωρίες δεκαετιών και δημιουργεί νέα θεμέλια για την τεχνολογία του μέλλοντος.
«Μπορούμε πλέον να σκεφτούμε τη χρήση ολόκληρων ατόμων για ακριβείς μετρήσεις του σύμπαντος», σχολιάζει η επικεφαλής ερευνήτρια.
Πηγές
1. Kanitz, C., et al. (2024). Diffraction of atomic matter waves through a 2D crystal. arXiv:2412.02360
2. Popular Mechanics (2025). Scientists Held an Extreme Atomic Experiment—and Challenged the Impossible
3. Graphene-Info (2025). Atomic diffraction observed using graphene