قدمت “قلائد” من الذرات فائقة البرودة أدلة جديدة تدعم نظرية الكم التي يبلغ عمرها حوالي 100 عام.
في عام 1931، كان الفيزيائيون يحاولون استخدام ميكانيكا الكم لتوضيح سبب كون بعض المواد مغناطيسية. ثم دعا عالم فيزياء شاب هانز بيث نظرت إلى صف واحد من الإلكترونات. يمكن أن يشير دوران كل إلكترون إلى الأعلى أو الأسفل. قام بيث بإجراء العمليات الحسابية لكيفية تصرف هذا الصف ووجد أنه إذا انقلبت بضع دورات في الصف، فإنها يمكن أن تلتصق ببعضها البعض وتنتقل إلى أسفل الصف كوحدة واحدة.
الآن، وجد الفيزيائيون دليلاً على وجود هذه العناقيد في خط من الذرات شديدة البرودة. تم نشر النتائج في 29 أغسطس في المجلة اتصالات الطبيعة.
قد لا يؤدي هذا الاكتشاف إلى إنشاء أدوات جديدة، لكنه يعالج لغزًا أساسيًا في الفيزياء. كل شيء حولنا، من المغناطيس إلى شرائح الهاتف، يتكون من عدد لا يحصى من الجزيئات المتفاعلة. وهذا يجعل من الصعب التنبؤ بسلوكهم. تعمل الذرات فائقة البرودة كطريقة واضحة وقابلة للتعديل لدراسة هذه الأنظمة المعقدة.
قد ترغب
“قلادة” من الذرات
اكتشف الباحثون أوتار بيث الصغيرة من قبل، في بلورات مغناطيسية ودوائر كمومية فائقة التوصيل، لكن تلك التجارب التقطت أوتارًا واحدة تلو الأخرى.
تتنبأ النظرية بأن حشود الأوتار، بأحجام عديدة، يمكن أن تغير سلوك النظام بأكمله، وتتطلب دراسة هذه الفكرة صنع العديد من الأوتار في وقت واحد. لقد كان من الصعب فعل ذلك مع الذرات. عادة ما تنهار الذرات التي تجتذب بعضها البعض لتشكل كتلة. لكن هذه المرة، يبدو أن الفريق قد صنع العديد من الخيوط بأحجام مختلفة في وقت واحد، بما في ذلك بعضها بأكثر من ست ذرات.
احصل على الاكتشافات الأكثر روعة في العالم والتي يتم تسليمها مباشرة إلى صندوق الوارد الخاص بك.
ولصنع “القلادة” كان على الباحثين إنشاء مكثف بوز-آينشتاين، وهي مرحلة خاصة من المادة.
(حقوق الصورة: blackdovfx عبر Getty Images)
من الصعب جعل الذرات تنجذب لبعضها البعض. في الأبعاد الثلاثة، يميل الغاز الناتج عن جذب الذرات إلى الانهيار عندما تتجمع الذرات معًا وتشكل الجزيئات. تُطلق هذه العملية طاقة تُخرج الذرات من التجربة، وبالتالي ينهار الغاز ويختفي بسرعة. لكن عندما تكون في خط واحد، تتصرف الذرات بشكل مختلف.
“إنها في الواقع تشبه إلى حد ما اللآلئ المعلقة على خيط، أليس كذلك؟ كما هي الحال في القلادة، لا يمكنها المرور عبرها”، كما يقول المؤلف المشارك في الدراسة. هانز كريستوف ناجيرلوقال عالم الفيزياء التجريبية في جامعة إنسبروك لموقع Live Science: “في الوضع ثلاثي الأبعاد، سينهار كل شيء. ولكن في الوضع ثلاثي الأبعاد، لا ينهار كل شيء.”
ولبناء “قلائدهم”، بدأ الفريق بعشرات الآلاف من ذرات السيزيوم المبردة في أ مكثف بوز-آينشتاين – حالة من المادة تكون فيها الذرات المبردة إلى ما يقرب من الصفر المطلق تشترك في حالة كمومية واحدة. ثم قامت أشعة الليزر بتقسيم المكثفات إلى آلاف الأنابيب الرفيعة، كل منها يحتوي على بضع عشرات من الذرات في خط واحد.
ماذا تقرأ بعد ذلك
في البداية، تنافر الذرات مع بعضها البعض. واستخدم الباحثون مجالًا مغناطيسيًا لخفض هذا التنافر تدريجيًا إلى الصفر، ومن ثم تحويله إلى جاذبية.
لم يتمكن الفريق من رؤية الأوتار مباشرة. وبدلاً من ذلك، أطلقوا سراح الذرات وقاموا بقياس مدى سرعة انتشار السحابة. عندما تمكنت الذرات من التوسع على طول أنابيبها فقط، ظلت جميع الأوتار سليمة. عندما تحررت الذرات في الأبعاد الثلاثة، انفصلت الأوتار وأطلقت طاقة الربط الخاصة بها على شكل حركة. ووجد الباحثون أن السحب ثلاثية الأبعاد تنتشر بحوالي ثلاثة أضعاف الطاقة التي تنتشر بها السحب أحادية البعد.
ومن هذا الاختلاف، قدر الفريق مدى إحكام ربط الذرات. أشارت الإجابة إلى سلاسل مكونة من ست ذرات على الأقل. كما تطابقت القياسات بشكل وثيق مع التوقعات من نظرية تسمى الديناميكا المائية المعممة، الذي يصف غازًا مثل هذا بأنه سائل يتكون من أنواع عديدة من الجزيئات، بما في ذلك خيوط ذات أحجام مختلفة. كما أنه يتتبع كيفية تدفق كل نوع مع مرور الوقت بدلاً من متابعة كل ذرة.
كان ناجيرل حريصًا على عدم استدعاء هذا الدليل. وقال: “إن توافق بعض النظريات مع بياناتك ليس دليلاً على وجود شيء ما”. إنها مجرد المزيد من الأدلة لدعمها.
دولة قصيرة العمر
من المحتمل ألا تصمد الأوتار لفترة طويلة. عن قرب، لا تزال الذرات تشعر بالعالم ثلاثي الأبعاد، وتتحلل الأوتار في النهاية إلى جزيئات السيزيوم العادية. وفي أبرد الجولات، فقد الفريق حوالي 40% من الذرات.
قال ناجيرل: “بشكل عابر، يمكنك إنشاء حالات سلسلة Bethe هذه”. “لكنني لا أعتقد أنهم يعيشون لفترة طويلة.”
لديه فكرة للتجارب المستقبلية. لقد تعلم الفيزيائيون مؤخرًا حماية الجزيئات فائقة البرودة بأشعة الميكروويف، مما يمنع الجزيئات من الاصطدام على مسافة قريبة. قد تدوم الأوتار المصنوعة من جزيئات محمية لفترة كافية لدراستها مباشرة. لكن ناجيرل أكد أن الفكرة لم يتم اختبارها بعد. وقال: “لم أقم بأي شخص بإجراء فحص نظري لادعاءاتي الآن، لكنني أعتقد بشكل بديهي أن هذا يجب أن ينجح”.
هناك خيار آخر وهو الفحص المجهري للغاز الكمي، والذي يصور الذرات واحدة تلو الأخرى ويمكن أن يقدم دليلاً مباشرًا أكثر على الأوتار الفردية.
بالنسبة لناجيرل، تعتبر أوتار بيته خطوة واحدة في فهم كيفية تصرف الأنظمة الكمومية ذات العديد من الجسيمات واستقرارها بمرور الوقت. وقال إن هدفه على المدى الطويل هو إجراء تجربة يتحكم فيها الفيزيائيون في كيفية تحرك كل جسيم وكيفية انقلاب دورانه، مما يسمح لهم بتجميع المواد النموذجية قطعة قطعة، “مثل نوع LEGO”. وقد بدأ فريقه الخطوة التالية: استخدام الليزر للتحكم في دوران الذرات في الغاز أحادي البعد. ووصف أوتار بيته بأنها “تحويل بسيط”. لكن بما أن الأوتار تتشكل عندما تنجذب الذرات، فلا يمكن تجاهلها.
تم جلب هذا المحتوى بشكل آلي من المصدر: www.livescience.com
بتاريخ: 2026-10-16 23:45:00.
الآراء والمعلومات الواردة في هذا المقال لا تعبر بالضرورة عن رأي موقع “wakalanews”، والمسؤولية الكاملة تقع على عاتق المصدر الأصلي.
ملاحظة: قد يتم استخدام الترجمة الآلية في بعض الأحيان لتوفير هذا المحتوى.
