هناك اكتشافات في الفيزياء لا تضيف إلى الواقع بقدر ما تضعف ثقتنا فيما كان من المفترض أن يكون عليه الواقع. نحن نتحرك في الحياة اليومية معتقدين أن الأجسام تسكن مكانًا واحدًا، وتتبع مسارًا واحدًا، وتصل إلى وجهتها عبر طريق يمكن تتبعه إلى الوراء. ومع ذلك، لطالما همست عالم الكم بتناقض أكثر لطفًا: تحت اليقين، المادة أقل صلابة من الإمكانية.
لقد أصبح هذا الهمس الآن واحدًا من أوضح العروض حتى الآن في مجال جسيمات المادة الضخمة. أفاد علماء الفيزياء في جامعة أستراليا الوطنية (ANU) بأنهم رصدوا لأول مرة أزواجًا من ذرات الهيليوم المتشابكة في الحركة، تتصرف كما لو أن نفس المادة موجودة في موقعين منفصلين مكانيًا في آن واحد. العمل، الذي نُشر في مجلة Nature Communications، يوسع ظاهرة تم إثباتها منذ فترة طويلة مع الفوتونات إلى الذرات التي تمتلك كل من الكتلة والأهمية الجاذبية.
بدأت التجربة في السكون الشديد لفيزياء البرودة الفائقة. قام الباحثون بتبريد ذرات الهيليوم إلى ما فوق الصفر المطلق بقليل، حيث يتلاشى سلوك الجسيمات العادي إلى تداخل يشبه الموجات. عندما تم السماح لسحابتين من هذه الذرات بالاصطدام، أنتجتا ذرات متزاوجة تطير بعيدًا في اتجاهين متعاكسين. ما يجعل النتيجة استثنائية هو أن كل زوج ظل متشابكًا كموميًا في الزخم والموقع، مما سمح للدالة الموجية التي تصفها أن تمتد عبر مكانين متميزين في آن واحد.
هنا حيث تت strain اللغة ضد الحدس. ليس الأمر أن "كرات" المادة الكلاسيكية تم تصويرها حرفيًا في نقطتين في آن واحد. بل إن الحالة الكمومية المشتركة لزوج الذرات احتلت كلا الإمكانيتين المكانيين، وقد تحقق الفريق من ذلك من خلال قياس تداخل بأسلوب بيل - وهو اختبار ذهبي للسلوك الكمومي غير المحلي. تكمن الأهمية في إثبات ذلك مع الذرات، وليس الضوء، لأن الذرات تحمل الكتلة، وتستجيب للجاذبية، وبالتالي تقدم جسرًا تجريبيًا جديدًا بين ميكانيكا الكم والكون الهندسي لأينشتاين.
هناك شيء شبه أدبي في الصورة: ذرتان من الهيليوم وُلِدتا في الاصطدام، تتحركان بعيدًا مثل أفكار معكوسة، ومع ذلك تظل مرتبطة بحالة ترفض الموقع الفردي. المسافة في هذا الإطار هي أقل من الانفصال بقدر ما هي علاقة معلقة. تسافر الجسيمات إلى الخارج، لكن وصف ما هي يبقى مشتركًا، موزعًا، وغير محلول حتى القياس.
المعنى الأوسع يتجاوز الجدة. لعقود، كان أحد أعمق الأسئلة غير المجابة في الفيزياء هو كيف يت coexist العالم الاحتمالي على المقياس الصغير لميكانيكا الكم مع النسيج الجاذبي السلس للزمان والمكان. من خلال إثبات أن الذرات الضخمة يمكن أن تظهر هذا الشكل من التراكب غير المحلي والتداخل، فتح الباحثون طريقًا أكثر عملية نحو اختبار كيفية تصرف الجاذبية عندما ترفض المادة نفسها البقاء في مكان واحد.
لقد أظهر العلماء في ANU الآن بشكل مباشر أن أزواجًا من ذرات الهيليوم يمكن أن توجد في حالة كمومية مشتركة تمتد عبر موقعين في آن واحد، مما يمثل أول ملاحظة من هذا القبيل في المادة ذات الكتلة بدلاً من الفوتونات. تُعتبر النتيجة خطوة مهمة نحو التجارب التي تستكشف الحدود بين ميكانيكا الكم والجاذبية.
تنبيه صورة الذكاء الاصطناعي هذه المرئيات هي مفاهيم علمية تم إنشاؤها بواسطة الذكاء الاصطناعي مصممة لتوضيح التجربة الكمومية المبلغ عنها وليست صورًا مختبرية.
تحقق من المصدر جامعة أستراليا الوطنية Nature Communications The Debrief ScienceAlert New Scientist