هناك سابقة ملحوظة أخرى في مجال فيزياء الكم للإبلاغ عنها، والأمر كله يتعلق بالدوران الإلكتروني: المغناطيسية الصغيرة المدمجة لهذه الجسيمات، كما لو أن كل واحدة منها تحمل إبرة بوصلة مجهرية.
في السابق، أثبتت قوة هذه السبينات أنها كافية فقط لدفع الذرات الفردية في اتجاه أو آخر. لكن الآن، تمكن الباحثون من تغيير شيء أكبر بكثير.
نشر فريق من معهد أوكيناوا للعلوم والتكنولوجيا (OIST) في اليابان دراسة جديدة في تقدم العلوم يوضح بالتفصيل كيف يمكن دفع جسم بحجم سنتيمتر بواسطة هذه القوى الكمومية.
إنها خطوة مهمة للأمام بالنسبة للعلم عند حدود الكم (المقاييس الصغيرة جدًا) والكلاسيكية (كل شيء آخر). والأهم من ذلك، أن التجربة تتعامل مع جسم كبير بما يكفي ليكون خاضعًا للجاذبية، وهي قوة أساسية لم تتوافق دائمًا مع نظريات فيزياء الكم.
“لقد كانت هناك العديد من الجهود لاختبار ما إذا كانت ميكانيكا الكم تنطبق على أي شيء أكبر من بضع عشرات من النانومترات، ولكن دون نجاح حتى الآن”. يقول الفيزيائي النظري جيسون تواملي.
“الآن، لاحظنا استجابة ميكانيكية كلاسيكية لقوة كمومية تؤثر على جسم أكبر بثمانية إلى تسعة مرات من التجارب الميكانيكية الدورانية الحديثة.”
قام الباحثون بدمج العديد من خيارات التصميم التجريبي الذكية للحصول على نتائجهم، بدءًا من الجسم الذي يبلغ حجمه سنتيمترًا واحدًا: لوحة من الجرافيت، موضوعة فوق رقعة شطرنج من المغناطيسات التي ترفعها.
كان يتدلى من اللوحة ماسة يبلغ قطرها 3 ملليمترات بها عيوب ذرية خاصة تعرف باسم مراكز الشغور النيتروجيني (NV). تعطي هذه العيوب إلكترونات الماس دورانًا يمكن التحكم فيه، والتي يتم التلاعب بها بعد ذلك بواسطة ضوء الليزر. ثم تم استخدام مغناطيس آخر لتحويل تلك الدورات إلى حركة.
كان وزن المجموعة بأكملها حوالي 128 ملليجرامًا (أي بضع حبات من الأرز)، وتم دفعها بحوالي 100 نانومتر، أي ما يقرب من جزء من الألف من شعرة الإنسان. هذا ليس كثيرًا، لكنه كافٍ.
“الماس NV مفهوم جيدًا ويسهل التحكم فيه” يقول الفيزيائي داهي كيم.
“هذا، بالإضافة إلى حقيقة أن مراكز NV لديها بعض أطول أوقات التماسك المعروفة، مما يسمح لها بالحفاظ على التراكب الكمي في درجة حرارة الغرفة لفترة أطول بكثير من الأنظمة الأخرى، يجعلها جذابة بشكل خاص لتوليد تراكب مجهري للحركة أو الجسم في الأبحاث المستقبلية.”
عندما يتعلق الأمر بالتوفيق بين الكتلة (شيء مثل تأثير الجاذبية على الكوكب) وبين المادة دون الذرية والكمية، غالبًا ما يحاول العلماء البدء صغيرًا ثم يشقون طريقهم إلى الأعلى. وهنا اتخذ فريق الدراسة النهج المعاكس: لم يكن حجمهم بحجم الكوكب، ولكنه كان واسع النطاق جدًا من حيث الكم.
“نحن في المعسكر المعاكس – ننتقل من الكبير إلى الصغير” يقول الفيزيائي أنشومان ناياك.
“تمامًا كما يمكن للارتفاع المغناطيسي أن يرفع قطارات ماجليف، يمكن استخدامه أيضًا لرفع أجسام بعرض سنتيمتر واحد تحمل الماس، حيث يمكن أن يكون تأثير الجاذبية قويًا للغاية، ولكن لم تتم ملاحظة التأثيرات الكمومية.”
كما هو الحال غالبًا مع الأبحاث الكمومية، بالنسبة لأولئك منا الذين ليسوا فيزيائيين، يمكن أن يبدو الأمر مقصورًا على فئة معينة وبعيدًا إلى حد ما، ولكن الوصول إلى معالم مثل هذه سيساعدنا في الإجابة على بعض الأسئلة الأكثر عمقًا حول الكون – بما في ذلك ما إذا كانت الجاذبية تتبع القواعد الكمومية أم لا.
ومن الجدير بالذكر أن الحركة هنا كانت كلاسيكية – وكان التأثير الكمي هو الذي أثار الحركة هو المهم. وفي المستقبل، يأمل الباحثون أن يساعد نهجهم في وضع الأجسام الأكبر في الحالات الكمومية، مثل التراكب، حيث تحتل فعليًا حالتين في وقت واحد.
“لقد أظهرنا استجابة كلاسيكية كبيرة من تأثير كمي صغير،” يقول تواملي. “لم يعد السؤال ما إذا كانت هذه التكنولوجيا ممكنة، ولكن كيف يمكننا تحسين الظروف التجريبية لتحقيق التراكب الكمي ضمن نظام نظرية أينشتاين النسبية العامة“.
“نحن ندفع الشريط من نانومتر إلى سنتيمترات. كل ما نحتاج إليه هو مستوى آخر من الحجم، ويمكننا أخيرًا ملاحظة ذلك قطة شرودنغر في الحياة الحقيقية.”
وقد تم نشر البحث في تقدم العلوم.
تم التحقق من صحة هذه المقالة بواسطة فيونا ماكدونالد وتم تحريره بواسطة فيونا ماكدونالد. وبينما نفخر بعمليتنا، فإننا بشر فقط. إذا اكتشفت خطأً، يرجى اعلامنا.
المصدر الأصلي: www.sciencealert.com
