لأول مرة ، تم رصد حالة جديدة للمادة في خيط من الغاز الكمي

(MR.Cole_Photographer / Moment / Getty Images)

لقد لاحظ علماء الفيزياء نموذجًا جديدًا حالة المادة في العمل داخل خيط بعيد المنال من الغاز الكمومي.

تبدو سلاسل الغاز الرفيعة للغاية القادرة على ربط العمالقة وكأنها أشياء تستحق البحث عنها في حكايات Grimms الخيالية. لكن نسخ هذه المواد ممكنة نظريًا في الفيزياء - لكن للأسف ، في الممارسة العملية تنهار حتمًا عند تكوينها.

اكتشف باحثون من جامعة ستانفورد في الولايات المتحدة الآن أنه يمكنهم إنشاء مثل هذه المادة التي تكون مستقرة بما يكفي لمقاومة الانهيار في سحابة ، حتى تحت قوة كبيرة. علاوة على ذلك ، فقد حددوا حالة جديدة من المادة في العمل لم تتم رؤيتها إلا مرة واحدة من قبل - ولم يسبق لها مثيل في الغاز الكمومي من قبل.

الأهم من ذلك ، أن الخصائص الكمية لهذا الغاز قد تكسبه مكانًا في الأجيال القادمة من تكنولوجيا المعلومات.

حتى أن فئة المادة في العمل لها عنوان أسطوري ؛ أ غاز سوبر تونكس جيراردو . إنه يتكون من ذرات مبردة إلى درجة أنها تبدأ في فقدان إحساسها بالهوية الفردية ، مقيدة لتشكيل خط كونجا مقيّدًا من قبل قوىها الجماعية.

في ظل الظروف المثالية ، فإن التجاذب بين الجسيمات داخل هذا الخيط الطويل من الغاز الكمومي يمكن أن يبقيه في خط واحد حتى تحت الإكراه. ولهذا يصفه الفيزيائيون بأنه 'خارق'.

ومع ذلك ، داخل المعدات المختبرية الأقل من الكمال ، تفشل حتى الغازات الفائقة Tonks-Girardeau التي تم ضبطها بدقة في أن تظل مستقرة لفترة طويلة جدًا ، وتتقلص إلى كرة في وقت قصير جدًا.

تساءل الفيزيائي بنيامين ليف عما إذا كان عنصر الديسبروسيوم سيصنع مرشحًا أكثر قوة. مع واحدة من أعلى نقاط القوة المغناطيسية في الجدول الدوري ، قد تحافظ على قوتها لفترة أطول قليلاً ، مع القليل من الدعم.

كانت التفاعلات المغناطيسية التي تمكنا من إضافتها ضعيفة جدًا مقارنة بالتفاعلات الجذابة الموجودة بالفعل في الغاز. لذلك ، كانت توقعاتنا أنه لن يتغير الكثير ، ' يقول ليف.

'واو ، كنا مخطئين.'

اتضح أن غازًا فائقًا مضبوطًا من Tonks-Girardeau يعتمد على الديسبروسيوم هو بالضبط ما طلبه البطل. بغض النظر عما فعله الفريق به ، فقد حافظ على لياقته.

حتى تحويل النظام الكمي إلى حالات طاقة أعلى فشل في دفع الخيط إلى ضباب فوضوي من الجسيمات الملطخة الكمومية.

من خلال استكشاف آليات العملية ، سرعان ما لاحظ الفريق السمات المميزة لظاهرة مراوغة إلى حد ما تسمى تندب العديد من الجسم .

تقع هذه الحالة الغريبة للمادة في مكان ما بين الفوضى الكمومية وإمكانية التنبؤ بالفيزياء الكلاسيكية القديمة ، وتصف العالم الذي يبدو غير بديهي للوهلة الأولى.

قبل ربع قرن ، تم اكتشاف أنه في ضجيج النظام الكمي - حيث توجد الجسيمات في كل مكان ولا مكان في وقت واحد وتفقد الذرات الفردية إحساسها بالذات - من الممكن ظهور حالات يمكن التنبؤ بها.

تشبه هذه الندوب المسارات التي يتم ارتداؤها عبر ملعب كرة القدم. بينما يطارد اللاعبون الكرة بحرية في جميع أنحاء الملعب ، يبدو أن بعض الاتجاهات مفضلة على الأخرى.

الشيء المحير في الندوب الكمومية هو كيف تتناسب معها الديناميكا الحرارية . ارفع درجة حرارة مجموعة من الجسيمات وسوف ترتد ببساطة أكثر ، وتعيد توزيع الطاقة الحرارية حتى تحصل جميع الأجسام على حصة متساوية تقريبًا.

يتعارض التندب الكمي للعديد من الأجسام مع قاعدة التوازن هذه ، مع تفضيل بعض الحالات بغض النظر عن مقدار الإثارة التي تنمو حولها.

شوهدت هذه الظاهرة مرة واحدة من قبل في قائمة انتظار ذرات الروبيديوم ، ولكن ليس في غاز كمي. لذا فإن العثور على علامات الحالة في سلسلة مبردة من ذرات الديسبروسيوم لديه القدرة على الكشف عن الكثير حول كيفية مشاركة الأجسام في النظام الكمومي للطاقة.

نظرًا لأننا متجهون إلى مستقبل مليء بالتقنيات الكمومية ، سنحتاج إلى معرفة أكبر قدر ممكن حول كيفية إزالة الحرارة من أجهزة الكمبيوتر في المستقبل.

لكن الندوب الكمومية يمكن أن تكون مفيدة لتخزين المعلومات الكمية في حد ذاتها ، أو تكون بمثابة ملف نوع من المحاكاة في المختبر لدراسة النظم الكمومية.

وبغض النظر عن التكهنات حول الاستخدامات العملية ، يرى ليف أن العمل أساسي لفهم المشهد الكمي. يمكن أن تأتي التطبيقات لاحقًا.

'إذا قارنت علم الكم بالمكان الذي كنا فيه عندما اكتشفنا ما نحتاج إلى معرفته لبناء مصانع كيميائية ، على سبيل المثال ، يبدو الأمر كما لو أننا نقوم بعمل أواخر القرن التاسع عشر الآن ،' يقول ليف.

إن خيط الغاز المشوب بالندوب الكمومية هو مجرد بداية رحلة بحث إلى بعض الوجهات المذهلة حقًا.

تم نشر هذا البحث في علوم .

من نحن

نشر حقائق تقارير مستقلة ومثبتة عن الصحة والفضاء والطبيعة والتكنولوجيا والبيئة.