قام الفيزيائيون بتشابك ذرتين هيليوم متحركتين لأول مرة، مما يؤكد صحة نظرية الكم “المخيفة”
لأول مرة، لاحظ العلماء التشابك الكمي في الطريقة التي تتحرك بها الذرات فيزيائيا، مما يجعل الظاهرة التي وصفها ألبرت أينشتاين ذات مرة بأنها “عمل شبحي عن بعد” إلى واقع أكثر وضوحا.
وفي الدراسة الجديدة التي نشرت في المجلة اتصالات الطبيعةأثبت الباحثون أن أزواج ذرات الهيليوم فائقة البرودة يمكن ربطها ميكانيكيًا كميًا من خلال زخمها، وهو مقياس لمدى سرعة تحرك الجسيم وفي أي اتجاه، مع الأخذ في الاعتبار كتلته.
اصطياد التشابك في الفعل
أولاً، اختار الفريق الهيليوم كذرة له، لأنه يمكن الاحتفاظ به في حالة إثارة طويلة الأمد مع عمر يصل إلى حوالي ساعتين – وهو “لانهائي في الأساس” في التجارب التي تستمر من 20 إلى 30 ثانية فقط. شون هودجمانوقال عالم الفيزياء التجريبية في الجامعة الوطنية الأسترالية وكبير مؤلفي الدراسة لموقع Live Science. وتعني هذه الطاقة الداخلية أن كل ذرة تضرب الكاشف بقوة كافية للتسجيل بشكل فردي. إنه يسمح للفريق بإعادة بناء الزخم الكامل ثلاثي الأبعاد للسحابة بدقة ذرة واحدة.
ولإنشاء أزواج ذرية متشابكة مع الزخم، بدأ الفريق بسحابة من الهيليوم تم تبريدها إلى ما يقرب من الصفر المطلق. في العادة، تتحرك الذرات بشكل مستقل. ولكن إذا قمت بتبريدها بدرجة كافية، فإنها ستتباطأ إلى حد التوقف التام تقريبًا. تتلاشى هوياتهم الكمومية معًا في كائن جماعي واحد يسمى أ مكثف بوز-آينشتاين.
بعد ذلك، استخدموا نبضات ليزر مضبوطة لتقسيم هذا التكاثف إلى ثلاث مجموعات: مجموعة رُفعت إلى الأعلى، وواحدة دُفعت إلى الأسفل، وواحدة تركت ثابتة. ومع مرور السحب المتحركة عبر السحابة الثابتة، اصطدمت أزواج من الذرات وتناثرت في اتجاهين متعاكسين، لتشكل أغلفة كروية من الأزواج المترابطة. يسميها الفيزيائيون “الهالات المتناثرة”. عند كثافة منخفضة بدرجة كافية، ينتشر زوج واحد فقط في كل لقطة تجريبية. وقال هودجمان: “إما أن يكون لديك زوج في موضع ما، أو زوج في موضع آخر”. “حالتك المتشابكة هي تراكب لكليهما.”
ولإثبات أن التشابك حقيقي، استخدم الفريق جهازًا يسمى مقياس التداخل Rarity-Tapster. هذه الطريقة، التي تم عرضها لأول مرة باستخدام الفوتونات في عام 1990، امتدت الآن لتشمل موجات المادة لأول مرة.
وأوضح هودجمان أن “الذرات تتشتت، ثم تعكسها مرة أخرى على نفسها وتتداخل معها معًا”. “يحدث التداخل فقط إذا كانت الذرة في حالة تراكب بين الحالتين.” ولا يمكن تفسير الارتباطات التي قام الفريق بقياسها بأي نظرية كلاسيكية.
للحصول على النتيجة النهائية، قام الفريق بجمع البيانات بشكل مستمر لمدة شهر تقريبًا وأمضوا شهرًا إلى عام في إعداد التجربة فقط.
وقال هودجمان: “لقد كان هذا هدفًا طويل المدى لمختبرنا ربما لمدة 20 عامًا أو نحو ذلك”. “أن تكون قادرًا على إثبات ذلك أخيرًا هو أمر مثير حقًا.”
فوز سريالي لميكانيكا الكم
وأضاف هودجمان أن النتيجة، على الرغم من أنها مثيرة، إلا أنها ساعدت بشكل أساسي في التحقق من صحة نظريات الفيزياء “المدرسية”. تتنبأ ميكانيكا الكم بهذا النوع من السلوك بالضبط، لكن هذا لا يجعله أقل إرباكًا.
وأضاف هودجمان: “إن أدمغتنا ليست مجهزة حقًا لمعالجتها”. “تبدو الذرات وكأنها ملطخة بمقاييس صغيرة، وليست نقطًا خرسانية أو كرات صغيرة. وهذا يبدو غريبًا حقًا.”
ويعمل الفريق بالفعل على نسخة أقوى من الاختبار. لكن التجربة التي وصفها هودجمان بأنها الخطوة التالية الأكثر أهمية تتضمن اصطدام نظيرين من الهيليوم – الهيليوم 3 والهيليوم 4، وهما نوعان مختلفان بشكل أساسي من الجسيمات – لإنشاء أزواج متشابكة في كل من الزخم والكتلة في وقت واحد.
“من وجهة نظر الجاذبية الكمومية، كيف يمكنك حتى كتابة وصف الجاذبية لهذا النوع من الحالات؟” قال هودجمان. “لا يمكنك حقًا وصفها في إطار النسبية العامة على الإطلاق. هذا النوع من الحالات سيشكل تحديًا حقيقيًا لتفسير نظريات الجاذبية الكمومية.”
أثريا، YS، كانان، S.، يان، XT، لويس سوان، RJ، خيرونتسيان، KV، تروسكوت، AG، وهودجمان، SS (2026). الارتباطات الجرسية بين أزواج ذرات 4He* المتشابكة مع الزخم. اتصالات الطبيعة, 17(1). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69070-3
كم تعرف عن ألبرت أينشتاين وفيزياء الكم؟ جرب حظك معنا مسابقة أينشتاين!
المصدر الأصلي: www.livescience.com
