ملاحظة تلاشي أحادي-القطب الكمي

قام العلماء في كلية أمهرست وجامعة آلتو بأول عمليات الرصد الاختبارية لآلية عمل أحادي- القطب الكمي – نسبة إلى ميكانيكا الكم – المعزول.

و لقد كانت الدراسة الجديدة مفاجأة حقيقية، حيث أنّ انحلال أحادي القطب الكمي يؤول إلى نظير آخر من أحادي القطب المغناطيسي، وقد يساعد المفهوم الأساسي الذي تم الحصول عليه لآليات أحادي القطب الكمي في المستقبل على بناء نظائر أكثر قربًا من أحادي القطب المغناطيسي.

على عكس المغناطيس العادي، فإنَّ أحادي القطب المغناطيسي يكون عبارة عن جسيمات أولية لديها إما قطب مغناطيسي جنوبي أو شمالي، ولكن ليس الاثنان.

ولقد تم التنبؤ به نظريًا، ولكن لم يتم تسجيل أي عمليات رصد اختبارية مقنعة، و لذا فإن الفيزيائيين مشغولون في البحث عن نظائره.

يقول البروفيسور ديفيد هول من كلية أمهرست في الولايات المتحدة الأمريكية: “في عام 2014، تحققنا تجريبيًا من وجود أحادي-قطب ديراك ، هذا الذي قالت به نظرية بول ديراك البالغة من العمر 80 عامًا حيث افترض ديراك بشكل رئيسي وجود جسيمات كمية مشحونة تتفاعل مع أحادي قطب مغناطيسي.”

ويضيف الدكتور ميكو موتونن من جامعة آلتو : “في عام 2015، أنشأنا أحادي-قطب كمي حقيقي”.

في حين أن تجربة أحادي -قطب ديراك تحاكي حركة الجسيمات المشحونة في محيط أحادي-قطبٍ مغناطيسي، فإن أحادي القطب الكمي له بنية كالنقطة في مجالها الخاص تشبه في ذلك الجسيمات أحادية القطب المغناطيسية.

– من أحادي قطب كمي إلى آخر في أقل من ثانية:

لقد أدى التعاون الحالي بين ديفيد هول و ميكو موتونن إلى رصد لكيفية تحول واحدة من هذه النظائر المغناطيسية أحادية القطب الفريدة من نوعها تلقائيًا إلى أخرى في أقل من ثانية.

يبدأ العلماء مع الغاز المخفف للغاية من ذرات الروبيديوم المبردة بالقرب من الصفر المطلق، وعند درجة الحرارة تلك تبدأ مكثفات بوز-اينشتاين في التكوّن.

بعد ذلك، فإنها تعد النظام في حالة غير ممغنطة و ينحدر – يضعف – حقل مغناطيسي خارجي لنقطة صفرية في مكثفات بوز-أينشتين، وهكذا تكوّن أحادي القطب الكمي المعزول، وبعدها تقوم بحمل النقطة الصفرية التي لا تزال تحت المراقبة انتظارًا لمغنطة تدريجية للنظام على طول المجال المغناطيسي المتفاوت مكانيًا، فيؤدي التدمير الناتج عن أحادي القطب الكمي إلى انبعاث أحادي قطب ديراك.

يقول الدكتور موتونين : “قفزت عاليًا عندما رأيت للمرة الأولى أننا نحصل على أحادي قطب ديراك من الاضمحلال.

هذا الاكتشاف يربط بشكل جيد بين أحادي القطب الذي كنا ننتجه على مر السنين”.

– ما بعد فيزياء نوبل:

إن أحادي القطب الكمي هو ما يسمى بعيوب النقطة الطوبوغرافية، أي نقطة واحدة في الفضاء محاطة ببنية في حالة المكثفات غير الممغنطة التي لا يمكن إزالتها عن طريق إعادة التشكيل المستمرة، وترتبط هذه الهياكل بجائزة نوبل في الفيزياء لعام 2016 والتي مُنحت جزئيا لاكتشافات مرحلة انتقالية طوبوغرافية تشمل دوامة الكم أو الدوامات.

يقول البروفيسور هول، “لقد تم دراسة خطوط الدوامة تجريبيًا في موائع فائقة لعقود.

ومن ناحية أخرى، فإن أحاديات القطب قد تمت دراستها تجريبيًا لبضع سنوات فقط.”

على الرغم من أن الطوبولوجيا الخاصة بها تحمي أحادي القطب الكمي، إلا أنها يمكن أن تنحل في المرحلة التي تتغير فيها المادة بأكملها من غير ممغنطة إلى ممغنطة.

يقول السيد أوليكينن، “مهما كانت قوة التماثيل الجليدية التي تصنعها، فإنها تنهار تمامًا عند انصهار الجليد”.

ويقول الدكتور موتونن، “لأول مرة، قمنا برصد الظهور التلقائي لأحادي قطب ديراك وخطوط دوامتة المرتبطة به.”

ترجمة: مصطفى العدوي

تدقيق لغوي: أهلة العبيد

المصادر: 1