الفيزيائيون بنوا مهد نيوتن الحقيقي لدراسة التغيرات في الفوضى الكمومية

لفهم أكثر العلوم تعقيدًا، يجب عليك في بعض الأحيان أن تبدأ بسيطًا، وقد كشفت تجربة جديدة مستوحاة من لعبة مكتبية عن حلول لبعض الألغاز المحيطة بفيزياء الكم.

اللعبة في السؤال هي مهد نيوتن، هذا الصف المتوازن بعناية من الكرات المترافقة التي يمكن أن تستمر في التحرك لفترة طويلة. إنها واحدة من أفضل الأمثلة المعروفة عن كيفية عمل الزخم والطاقة، وقد تم تطبيقها الآن لدراسة الأنظمة الكمية.

قام فريق من الفيزيائيين ببناء ما يشبه نسخة كمية من مهد نيوتن ،لدراسة عملية الإحرار وهي الطريقة التي تؤدي بها الحركة الفوضوية للجسيمات الكمومية إلى التوازن الحراري في النهاية.

نحن جميعنا على دراية بالحرارة في الفيزياء الكلاسيكية ـ كيف أن إضافة اللبن البارد إلى القهوة الساخنة سيؤدي في النهاية إلى درجة حرارة متساوية في جميع أنحاء السائل.

لكن العلماء لم يتوصلوا بعد بشكل كامل إلى كيف، أو لماذا، أو متى يعمل ذلك في عالم الكَمِّ، أي المكان الذي تتقدم فيه لعبة الكوانتيوم الحديثة.

ومع أنّه لم تكن هناك كموميات تتدلى من الخيوط. فقد استخدم الباحثون مجموعات من الذرات المبردة حتى الصفر المطلق، وتحميلها في مجموعة من أنابيب الليزر وإطلاقها بواسطة أشعة ليزر مركزة.

لقد جرب الباحثون هذا النوع من نهج مهد نيوتن من قبل، لكن استخدم الباحثون هذه المرة ذرات مغناطيسية لتعديل كيفية تأثيرها على الذرات المجاورة في المهد بشكل كاف.

كشفت التجربة عن خطوتين متميزتين وأساسيتين للتوازن الحراري، مما مكن المجموعة من تطوير فرضية جديدة حول ما يحدث على المستوى الكمومي.

“هذا يعني أنه يمكننا الحصول على نظرية عامة وبسيطة للغاية حول مدى تعقيد النظم الكمية مثل الحرارية “يقول الباحث الرئيسي بنجامين ليفBenjamin Lev، من جامعة ستانفورد في كاليفورنيا: “هذا جميل لأنه يسمح لك بترجمة ذلك إلى أنظمة أخرى.”

ثم تم دعم النتائج من خلال محاكاة كمبيوتر واسعة تشير إلى نفس النتائج، تم إعداد التجربة بحيث يمكن الوصول إلى مستوى مغناطيسية أعلى أو أسفل، مع مزيد من المغناطيسية تنتج حركة فوضوية أكثر وذات تأثير أقل من تأثير زخم المولد “الكلاسيكي” لنيوتن.

هذا النوع من المرونة يعني أن هناك الكثير الذي يمكن القيام به في هذا الصدد، حيث يناقش الفريق استخدام ضوء الليزر الدقيق لمعرفة ما إذا كان من الممكن إنشاء نوع من الزجاج الكمومي، حيث لا تحدث عملية الإحرار.

هذه كلها فيزياء عالية المستوى في الوقت الحالي، ولكن من الضروري أن نطور في نهاية المطاف أجهزة كمبيوتر وحواسيب وأجهزة كمومية ـ كما أن هذا النوع من التطورات يمكن أن ينقل التكنولوجيا إلى المستوى التالي.

كما قال ليف: “إذا أردنا أن نكون قادرين على إنشاء أجهزة قوية ومفيدة، فنحن بحاجة إلى فهم كيف تتصرف الأنظمة الكمومية خارج التوازن عندما يتم إطلاقها، مثل مهد نيوتن ـ بشكل أساسي كما نفهم ذلك بالنسبة للأنظمة الكلاسيكية”.

ترجمة: شروق الخمسي

المصادر: 1