بحر فيرمي الجزئي: اكتشف الفيزيائيون مرحلة جديدة من المادة تتجاوز النظرية الراسخة

صمم العلماء حالة كمومية لم يسبق لها مثيل، وكشفوا عن مرحلة جديدة من المادة ذات نظام خفي يتجاوز النظرية التقليدية.

أظهر الباحثون أن حالة كمومية غير عادية تُعرف باسم “بحر فيرمي الجزئي” يمكن إنشاؤها عمدًا، مما يفتح الباب أمام مرحلة غير معروفة سابقًا من المادة. العمل الذي نشر في رسائل المراجعة البدنيةتم تنفيذه من قبل مجموعة Nägerl بالتعاون مع المتعاون النظري Alvise Bastianello من CNRS وجامعة باريس دوفين. توفر الدراسة الأساس النظري للعمل التجريبي الأخير الذي قادته مجموعة هانز كريستوف ناجيرل في قسم الفيزياء التجريبية.

خلق حالة الكم الجديدة

ركز الفريق على ذرات السيزيوم شديدة البرودة والمقتصرة على بعد واحد. ومن خلال تغيير مدى قوة تفاعل الذرات بشكل متكرر، وتدويرها بين التنافر القوي والتجاذب القوي، فقد دفعوا النظام بعيدًا عن حالة توازنه الطبيعي. وبدلاً من التصرف وفقًا لنظرية توموناجا-لوتينجر السائلة الراسخة، دخلت الذرات مرحلة حرجة جديدة تمامًا من المادة.

تنشأ هذه المرحلة المتوقعة حديثًا من خلال عملية تسمى الهندسة الكمومية، والتي توضح أن دورات التفاعل المتحكم فيها بعناية يمكن أن تنتج أشكالًا من المادة الكمومية التي لا تحدث بشكل طبيعي في الظروف العادية.

ما هو بحر فيرمي الجزئي؟

في درجات حرارة منخفضة للغاية، تقوم الجسيمات الكمومية عادة بترتيب نفسها وفقًا لقواعد محددة جيدًا. وكما يوضح ألفيس باستيانيلو: “على سبيل المثال، تتكدس الفرميونات بدقة في حالات الطاقة المتاحة لتشكل ما يسمى بـ “بحر فيرمي”. ولكن ماذا يحدث إذا أجبرت إحدى الذرات المتفاعلة على الدوران بشكل مستمر خلال الظروف القاسية، وتحولها بسلاسة من تنافر بعضها البعض بقوة إلى تجاذب بعضها البعض بقوة؟ ”

وجد الباحثون أن دورة التفاعل المصممة بعناية هذه تدفع الذرات من حالتها الأساسية إلى حالة غير متوازنة شديدة الإثارة ولكنها منظمة بشكل مدهش. ويطلقون على هذا الترتيب غير المعتاد اسم بحر فيرمي “الجزئي” لأن الجسيمات تبدو وكأنها تخضع لقاعدة الإشغال المخفض.

يقول يي زينج، المؤلف الرئيسي للدراسة: “بدلاً من مجرد تسخين النظام، تعيد دورة التفاعل تنظيم الذرات إلى حالة جديدة من الأجسام المتعددة”. “هذا يمنحنا طريقة محكمة لاستكشاف المادة الكمومية بما يتجاوز نماذج التوازن المعتادة.”

النظام الخفي وراء النظرية الراسخة

يعرض بحر فيرمي الجزئي العديد من السمات المميزة. تنتج العلاقات الرياضية بين الجسيمات تموجات واضحة تُعرف باسم تذبذبات فريدل، جنبًا إلى جنب مع أنماط الاضمحلال المميزة عبر جميع مستويات التفاعل التنافر.

ومن الواضح أن هذه التوقيعات تفصل الحالة الجديدة عن سوائل توموناجا-لوتينجر، والتي كانت بمثابة الإطار القياسي لوصف الأنظمة الكمومية أحادية البعد.

يقول هانز كريستوف ناجيرل، قائد المجموعة: “هذه الحالة متحمسة للغاية، لكنها ليست عشوائية”. «إن لها نظامًا خفيًا يظهر في ارتباطاتها». ويضيف: “لسنا متأكدين بعد من كيفية تسمية أشباه الجسيمات الجديدة هذه. ربما “الفرميونات الفائقة”؟”

حدود جديدة لمحاكاة الكم

يشير السلوك الفريد لبحار فيرمي الجزئية إلى مرحلة حرجة وغريبة جديدة تمامًا للمادة ويوفر للباحثين طريقة جديدة لدراسة السلوك الكمي العالمي باستخدام البرد ذرة أجهزة محاكاة.

وكما يوضح ناجيرل: “يُظهر اكتشاف بحار فيرمي الجزئية إلى أي مدى يمكننا دفع المحاكاة الكمومية: ليس فقط إعادة إنتاج النماذج المعروفة، ولكن أيضًا إنشاء واستكشاف الحالات التي تتجاوز النماذج الراسخة”.

هناك ورقة مصاحبة تصف التنفيذ التجريبي لبحار فيرمي الكسرية من خلال المحاكاة الكمومية قيد المراجعة حاليًا.

مراجع:

“الحالات الحرجة الغريبة مثل بحار فيرمي الجزئية في غاز بوز أحادي البعد” بقلم ألفيس باستيانيلو، يي تسنغ، سوديبتا دار، زيكوي وانغ، شودونج يو، ميلينا هورفاث، غريغوري إي أستراخارتشيك، يانليانغ غو، هانز كريستوف ناجيرل ومانويل لانديني، 9 يونيو 2026، رسائل المراجعة البدنية.
دوى: 10.1103/j3s5-gjpf

“تحقيق بحار فيرمي الجزئية” بقلم يي تسنغ، وألفيس باستيانيلو، وسوديبتا دار، وزيكوي وانغ، وشو دونغ يو، وميلينا هورفاث، وغريغوري إي. أستراخارتشيك، ويانليانغ غو، وهانس كريستوف ناجيرل، ومانويل لانديني، 19 مايو 2026، arXiv.
دوى: 10.48550/arXiv.2602.17657

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.