نجح علماء الفيزياء في تضخيم الذرات إلى مئات المرات من حجمها المعتاد لإنشاء نسخة مذهلة من المادة الغريبة التي كان يُعتقد في السابق أنها مستحيلة.
تم إنشاء مرحلة المادة الغريبة، المعروفة باسم بلورة الزمن، عن طريق إطلاق الليزر على ذرات الروبيديوم حتى تضخمت إلى شكل مثير.
ويقول الباحثون إنهم من خلال القيام بذلك، فتحوا طريقًا جديدًا لاستكشاف خصائص البلورات الغامضة، والتي تنتقل دوريًا بين حالتين يبدو أنهما بلا نهاية، وتتحرك إلى الأبد ولا تفقد أي طاقة أبدًا.
وقد تساعد التقنية الجديدة، التي تم وصفها في الثاني من يوليو/تموز في مجلة Nature Physics، العلماء أيضًا في بناء أجهزة كمبيوتر كمية أفضل.
“لقد أنشأنا نظامًا جديدًا هنا يوفر منصة قوية لتعميق فهمنا لظاهرة بلورة الزمن بطريقة تقترب كثيرًا من فكرة فرانك ويلكزيك الأصلية”، كما قال المؤلف المشارك توماس بول، عالم فيزياء في جامعة فيينا، وقال في بيان.
تم اقتراح البلورات الزمنية لأول مرة في عام 2012 من قبل الفيزيائي الحائز على جائزة نوبل ويلكزيك، وهي عبارة عن مجموعات من الجسيمات التي تتكرر في الوقت، تمامًا مثل تكرار البلورات الأخرى (مثل ملح الطعام أو الماس) في الفضاء.
متعلق ب: فيزيائيون يربطون بين بلورتين زمنيتين في تجربة تبدو مستحيلة
هذا مثير للاهتمام بالنسبة لعلماء الفيزياء. عادةً ما تكون قوانين الفيزياء، التي تكون متناظرة عبر الفضاء و(في معظم الحالات) الوقت، مما يخلق نتائج متماثلة بغض النظر عن اتجاهها في المكان والزمان.
ولكن البلورات تكسر هذا التناظر، فتنتظم في اتجاه مكاني مفضل. وهذا يعني أنه حتى لو ظلت القوانين الفيزيائية متناظرة، فإنها تخلق نتائج مختلفة تبعاً للاتجاه الذي تعمل به على البلورات.
وبنفس الطريقة التي تكسر بها البلورات التماثل في المكان، فإن بلورات الزمن تكسرها في الزمن. فهي توجد في أدنى طاقة ممكنة تسمح بها ميكانيكا الكم، وتتذبذب بين حالتين دون تباطؤ.
وقد أدت هذه الخصائص الرائعة إلى العديد من الادعاءات بأن بلورات الزمن هي آلات حركة دائمة تنتهك القانون الثاني للديناميكا الحرارية، ولكن هذه ليست الحالةإن البلورات، التي تعمل بالليزر، لا يمكنها ببساطة أن تفقد أو تكتسب الطاقة ــ كل ما يفعله ضوء الليزر الذي يضربها هو جعلها تكرر عملية الخلط المكونة من خطوتين. وهذا يعني أن القانون الثاني لا ينطبق عليها، مثل العديد من الأنظمة التي تحتوي على حفنة من الذرات فقط.
لقد تم تصنيع عدد من البلورات الزمنية منذ اقتراح ويلكزيك، وكل منها تقدم نافذة فريدة من نوعها على هذه المرحلة الغريبة من المادة. ولبناء بلورة زمنية، لجأ الباحثون وراء الدراسة الجديدة إلى ذرات الروبيديوم المثارة إلى ما يعرف بحالات ريدبيرج.
من خلال إطلاق ضوء الليزر على وعاء زجاجي مملوء بذرات الروبيديوم، ضخ الفيزيائيون الغاز بكميات هائلة من الطاقة الزائدة. أثار ضوء الليزر الإلكترونات الموجودة داخل الذرات، مما تسبب في انتفاخ المسافات بين أنوية الذرات والأغلفة الخارجية للإلكترونات إلى مئات المرات من حجمها المعتاد. أدى هذا إلى حدوث شيء مثير للاهتمام للغاية.
“إذا تم تحضير الذرات في وعاءنا الزجاجي في مثل هذه الحالات ريدبرج وأصبح قطرها ضخمًا، فإن القوى بين هذه الذرات تصبح أيضًا كبيرة جدًا”، كما قال بول. “وهذا بدوره يغير الطريقة التي تتفاعل بها مع الليزر. إذا اخترت ضوء الليزر بطريقة تجعله قادرًا على إثارة حالتين ريدبرج مختلفتين في كل ذرة في نفس الوقت، فسيتم إنشاء حلقة تغذية مرتدة تسبب تذبذبات تلقائية بين الحالتين الذريتين. وهذا بدوره يؤدي أيضًا إلى امتصاص الضوء المتذبذب”.
وبعبارة أخرى، ظهرت بلورة زمنية داخل صندوق الزجاج.
وأضاف بول “إنها في الواقع تجربة ثابتة لا يتم فيها فرض إيقاع محدد على النظام. إن التفاعلات بين الضوء والذرات هي نفسها دائمًا، وشعاع الليزر له شدة ثابتة. ولكن من المدهش أن الشدة التي تصل إلى الطرف الآخر من الخلية الزجاجية تبدأ في التذبذب في أنماط منتظمة للغاية”.
والآن بعد أن نجح الباحثون في ابتكار نوع جديد من بلورات الزمن، سيواصلون إجراء التجارب عليها واختبارها لتطبيقات أخرى. وقد اقترحوا أنه يمكن استخدامها لإنشاء أجهزة استشعار جديدة شديدة الحساسية، إلى جانب مساعدة العلماء على فهم المزامنة الكمومية بشكل أفضل – وهي الظاهرة التي يمكن من خلالها جعل أنظمة كمية متعددة تعمل في نفس الطور، وهو ما سيساعد في تطوير أجهزة كمبيوتر كمية أفضل.
“متعطش للطعام. طالب. متحمس محترف للزومبي. مبشر شغوف بالإنترنت.”
More Stories
صاروخ فالكون 9 التابع لشركة سبيس إكس يتوقف قبل إطلاقه ملياردير في مهمة خاصة
بقرة بحرية ما قبل التاريخ أكلها تمساح وسمكة قرش، بحسب حفريات
إدارة الطيران الفيدرالية تطلب التحقيق في فشل هبوط صاروخ فالكون 9 التابع لشركة سبيس إكس