تم إثبات التأثير الكمي الغريب الذي يمكن أن يجعل المادة غير مرئية
يمكن استخدام هذه التقنية لوقف فقدان المعلومات من أجهزة الكمبيوتر الكمومية.
تم أخيرًا إثبات تأثير كمي غريب تم التنبؤ به منذ عقود - إذا جعلت سحابة من الغاز باردة وكثيفة بدرجة كافية ، يمكنك جعلها غير مرئية.
استخدم العلماء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) الليزر لضغط وتبريد غاز الليثيوم إلى كثافات ودرجات حرارة منخفضة بدرجة كافية بحيث تشتت ضوءًا أقل.
إذا تمكنوا من تبريد السحابة حتى أقرب إلى الصفر المطلق (ناقص 459.67 درجة فهرنهايت ، أو ناقص 273.15 درجة مئوية).
فإنهم يقولون إنها ستصبح غير مرئية تمامًا.
التأثير الغريب هو أول مثال محدد على الإطلاق لعملية ميكانيكية كمومية تسمى حجب باولي.
قال كبير مؤلفي الدراسة وولفجانج كيترل ، أستاذ الفيزياء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا :
"ما لاحظناه هو شكل خاص جدًا وبسيط لحجب باولي ، وهو أنه يمنع الذرة مما تفعله جميع الذرات بشكل طبيعي: تشتيت الضوء".
في بيان .
"هذه هي الملاحظة الأولى الواضحة لوجود هذا التأثير ، وهي تظهر ظاهرة جديدة في الفيزياء".
يمكن استخدام التقنية الجديدة لتطوير مواد كتم الضوء لمنع فقدان المعلومات في أجهزة الكمبيوتر الكمومية.
يأتي حجب باولي من مبدأ استبعاد باولي ، الذي صاغه لأول مرة عالم الفيزياء النمساوي الشهير وولفجانج باولي في عام 1925.
افترض باولي أن جميع جسيمات الفرميون المزعومة - مثل البروتونات والنيوترونات والإلكترونات - لها نفس الحالة الكمومية التي لا يمكن أن توجد في بعضها البعض في نفس المساحة.
نظرًا لأنه على المستوى الكمومي المخيف لا يوجد سوى عدد محدود من حالات الطاقة.
فإن هذا يجبر الإلكترونات في الذرات على تكديس نفسها في قذائف ذات مستويات طاقة أعلى تدور حول النوى الذرية.
كما أنها تحافظ على إلكترونات الذرات المنفصلة منفصلة عن بعضها البعض لأنه ، وفقًا لورقة بحثية عام 1967 شارك في تأليفها الفيزيائي الشهير فريمان دايسون.
بدون مبدأ الاستبعاد ، ستنهار جميع الذرات معًا أثناء اندلاعها في إطلاق هائل للطاقة.
هذه النتائج لا تنتج فقط التباين المذهل لعناصر الجدول الدوري ولكنها تمنع أقدامنا أيضًا ، عندما تُزرع على التراب ، من السقوط على الأرض ، مما يؤدي بنا إلى الهبوط في مركز الأرض .
ينطبق مبدأ الاستبعاد على الذرات الموجودة في الغاز أيضًا.
عادة ، تحتوي الذرات الموجودة في سحابة الغاز على مساحة كبيرة للارتداد فيها ، مما يعني أنه على الرغم من أنها قد تكون فرميونات مرتبطة بمبدأ استبعاد باولي.
إلا أن هناك مستويات طاقة غير مشغولة كافية للقفز إليها حتى لا يعيق المبدأ بشكل كبير حركتهم.
أرسل فوتونًا ، أو جسيمًا ضوئيًا ، إلى سحابة غاز دافئة نسبيًا وأي ذرة تصطدم بها ستكون قادرة على التفاعل معها.
وامتصاص الزخم الوارد ، والارتداد إلى مستوى طاقة مختلف ، وتشتيت الفوتون بعيدًا.
لكن تبرد من الغاز ، ولديك قصة مختلفة.
الآن تفقد الذرات الطاقة ، وتملأ جميع الحالات الأقل المتاحة وتشكل نوعًا من المادة يسمى بحر فيرمي.
يتم الآن تطويق الجسيمات ببعضها البعض ، غير قادرة على الصعود إلى مستويات طاقة أعلى أو تنخفض إلى مستويات أقل.
أوضح الباحثون أنهم في هذه المرحلة مكدسون في قذائف مثل الحاضرين الجالسين في ساحة بيعت بالكامل وليس لديهم مكان يذهبون إليه إذا أصيبوا.
إنها معبأة لدرجة أن الجسيمات لم تعد قادرة على التفاعل مع الضوء. الضوء المرسل هو باولي محجوب ، وسيمر ببساطة من خلاله.
قال كيترل:
"يمكن للذرة أن تشتت الفوتون فقط إذا كانت قادرة على امتصاص قوة ركلتها ، بالانتقال إلى كرسي آخر".
"إذا كانت جميع الكراسي الأخرى مشغولة ، فلن يكون لديها القدرة على امتصاص الركلة وتشتيت الفوتون.لذلك ، تصبح الذرة شفافة."
لكن الحصول على سحابة ذرية إلى هذه الحالة أمر صعب للغاية.
إنه لا يحتاج فقط إلى درجات حرارة منخفضة بشكل لا يصدق ولكنه يتطلب أيضًا ضغط الذرات لتسجيل الكثافات.
لقد كانت مهمة حساسة ، لذلك بعد إلقاء غازهم داخل مصيدة ذرية ، قام الباحثون بتفجيرها بالليزر.
في هذه الحالة ، قام الباحثون بضبط الفوتونات في حزمة الليزر بحيث تصطدم فقط بالذرات التي تتحرك في الاتجاه المعاكس لها ، مما يجعل الذرات بطيئة ، وبالتالي تبرد.
جمد الباحثون سحابة الليثيوم الخاصة بهم إلى 20 ميكروكلفين ، وهي أعلى بقليل من الصفر المطلق.
بعد ذلك ، استخدموا ليزرًا ثانيًا شديد التركيز لضغط الذرات إلى كثافة قياسية تبلغ تقريبًا 1 كوادريليون (1 متبوعًا بـ 15 صفراً) لكل سنتيمتر مكعب.
بعد ذلك ، لمعرفة كيف أصبحت ذراتهم فائقة التبريد معطلة.
قام الفيزيائيون بتسليط حزمة ليزر ثالثة وأخيرة - تمت معايرتها بعناية حتى لا تغير درجة حرارة الغاز أو كثافته - في ذراتهم.
باستخدام كاميرا شديدة الحساسية لحساب عدد الفوتونات المتناثرة.
كما تنبأت نظريتهم ، فإن ذراتهم المبردة والمضغوطة تبدد 38٪ ضوء أقل من تلك الموجودة في درجة حرارة الغرفة ، مما يجعلها باهتة بشكل ملحوظ.
فترت فريقين مستقلة أخرى أيضا بانخفاض اثنين من الغازات الأخرى، وهي البوتاسيوم و السترونتيوم ، لإظهار تأثير أيضا.
في تجربة السترونتيوم ، قام الباحثون بحجب الذرات المتحمسة لإبقائها في حالة الإثارة لفترة أطول.
كل ثلاث أوراق نشرت يدل على حجب باولي.
الآن وقد أثبت الباحثون أخيرًا تأثير Pauli المعوق ، يمكنهم في النهاية استخدامه لتطوير مواد تثبط الضوء.
سيكون هذا مفيدًا بشكل خاص لتحسين كفاءة أجهزة الكمبيوتر الكمومية ، والتي يتم إعاقتها حاليًا بسبب فك الترابط الكمي - فقدان المعلومات الكمية (التي يحملها الضوء) إلى محيط الكمبيوتر.
قال Ketterle:
"عندما نتحكم في العالم الكمي ، كما هو الحال في أجهزة الكمبيوتر الكمومية ، فإن تشتت الضوء يمثل مشكلة ويعني أن المعلومات تتسرب من جهاز الكمبيوتر الكمي الخاص بك".
"هذه طريقة واحدة لقمع تشتت الضوء ، ونحن نساهم في الموضوع العام للسيطرة على العالم الذري".
تعليقات
إرسال تعليق