Kvantové síto

Kvantová mechanika ještě dlouho nevyčerpá svou zásobu překvapení. O Heisenbergově principu neurčitosti se dnes předpokládá, že je znám snad i studentům humanitních oborů. Přesto jeho použití může překvapit i ostřílené fyziky: matrice uhlíkových nanotrubiček by mohla sloužit jako kvantové síto, schopné oddělit lehký izotop vodíku ¹H a těžký izotop vodíku – tritium ³H. Uhlíkové filtry se používají již dlouho (plynové masky, cigarety aj.). Oddělují některé molekuly buď na základě jejich různé velikosti, nebo afinity k uhlíku. Nebyly však schopné odlišit oba zmíněné izotopy vodíku, protože ty mají stejnou velikost a stejné chemické vlastnosti.

Uhlíková nanotrubička může mít průměr jen o málo větší, než je velikost atomu či molekuly vodíku. Chování obou izotopů v nanotrubici se však liší. Může za to jejich rozdílná hmota. Heisenbergův princip neurčitosti zhruba říká, že čím přesněji známe polohu mikročástice, tím méně přesně známe její hybnost (součin hmoty a rychlosti). A protože uhlíková nanotrubička vymezuje pozici vodíkového izotopu poměrně silně, musí být velká neurčitost jeho impulzu. A to v podstatě znamená, že lehčí izotop se (právě pro svoji nižší hmotu) tak silně „vzpírá“, že z nanotrubičky unikne.

Zatím to všechno jsou jen výpočty. Experimentátoři, kteří mají nápady teoretiků realizovat, stojí před problémem, jak udělat matrici nanotrubiček stejného průměru. Kdyby to dokázali, zaradovali by se především lidé, kteří se zabývají radioaktivními odpady. Možnost oddělit radioaktivní tritium z radioaktivního odpadu je velmi lákavá.

Phys. Rev. Lett. 82, 956, 1999