رصد
لاحظ الفيزيائيون “أوتار بيته” في غاز شديد البرودة بعد ما يقرب من قرن من توقع هانز بيث لها، مما يوفر بيئة محكومة لمزيد من الدراسة.
في عام 1931، توقع الفيزيائي هانز بيث أن الجسيمات في بعض الأنظمة الكمومية يمكن أن ترتبط معًا في مجموعات تسمى أوتار بيث. يمكن لهذه المجموعات أن توجد فقط في بعد واحد، حيث تتحرك الجسيمات على طول خط واحد. على عكس الجزيئات العادية، التي ترتبط معًا بروابط كيميائية، فإن خيوط بيته تتشكل فقط من خلال التفاعلات بين الجزيئات.
ظلت أوتار بيته نظرية في المقام الأول لعقود من الزمن قبل أن تكتشفها التجارب في الأنظمة المغناطيسية ذات الحالة الصلبة. لقد قام الباحثون الآن بإنشائها ومراقبتها في غاز شديد البرودة، وهو الإعداد الذي يسمح للعلماء بتعديل الظروف التي تتشكل فيها هذه المجموعات وتتفاعل.
البحث الذي نشر في اتصالات الطبيعةيجمع باحثين تجريبيين من جامعة إنسبروك وفرقًا نظرية من قسم الفيزياء التجريبية بجامعة أمستردام وجامعة ميونيخ التقنية.
يقول سوديبتا دهار، أحد المؤلفين الرئيسيين: “تم التنبؤ بأوتار بيته منذ ما يقرب من قرن من الزمان كجزء من وصف رياضي جميل لأنظمة الأجسام المتعددة الكمومية”. “الآن يمكننا إنشاءها في المختبر، والتلاعب بها، وجعلها تتصادم، والتحقق من استقرارها التصادمي الرائع.”
ترتبط الذرات فائقة البرودة بأوتار بيث
ولخلق الظروف أحادية البعد التي تحتاجها الأوتار، قام الفريق بتقسيم سحابة من ذرات السيزيوم، المبردة إلى بضعة أجزاء من المليار من الدرجة فوق الصفر المطلق، بين عدة آلاف من الأنابيب الضيقة. قام كل أنبوب بتقييد حركة الذرات بشكل أساسي في اتجاه واحد على طوله.
ثم قام الباحثون بتحويل التفاعلات بين الذرات من التنافر، الذي دفعهم بعيدًا، إلى التفاعلات الجذابة، التي جمعتهم معًا. وبدلاً من مجرد الانهيار، شكلت الذرات مجموعات مرتبطة بأحجام مختلفة، بما في ذلك مجموعات تحتوي على ستة جسيمات أو أكثر.
وإلى جانب هذه التفاعلات، تسمح تجربة الغاز للباحثين بالتحكم الدقيق في هندسة النظام وكثافة جزيئاته. يقول الباحث الرئيسي ألفيس باستيانيلو: “يفتح هذا إمكانيات جديدة لدراسة كيفية تشكل وتفاعل هذه الأجسام الكمومية الجماعية”.
تتكسر خيوط بيته في ثلاثة أبعاد
ولإثبات أن الذرات قد ارتبطت ببعضها بالفعل، قارن الفريق كيفية تحركها عندما كانت محصورة في أنابيبها مع كيفية تحركها بعد إزالة هذا الحبس.
تقول ميلينا هورفاث، وهي مؤلفة رئيسية أخرى: “كانت إحدى أبسط التجارب هي السماح للأوتار بالتمدد”.
سمح الباحثون أولاً للذرات بالانتشار على طول الأنابيب، حيث تقابلت الأوتار مع بعضها البعض أثناء تحركها. اختبرت تلك الاصطدامات ما إذا كان بإمكان المجموعتين البقاء على حالهما عندما التقيا. يقول هورفاث: “هذه سمة رائعة للأوتار: فهي يمكن أن تتصادم دون أن تنكسر”.
وعندما أزال الباحثون هذا الحبس، تمكنت الذرات من التحرك بحرية في ثلاثة أبعاد، حيث لا يمكن لأوتار بيته أن توجد. انفصلت المجموعات المقيدة، محولة الطاقة التي كانت تربط جزيئاتها معًا إلى حركة، مما تسبب في تفكك الذرات بسرعة أكبر.
بالنسبة للذرات غير المرتبطة ذات التفاعلات التنافرية، فإن التمدد على طول الأنابيب والتمدد في ثلاثة أبعاد ينتج عنه نفس الطاقة بشكل أساسي. ومع ذلك، عندما كانت خيوط بيث موجودة، حمل التمدد ثلاثي الأبعاد طاقة إضافية أطلقها تفكك العناقيد، مما يوفر إشارة واضحة على أن الجزيئات كانت مرتبطة ببعضها البعض.
المرجع: “استكشاف خيوط بيته في غاز بوز الجذاب أحادي البعد” بقلم ميلينا هورفاث، وألفيس باستيانيلو، وسوديبتا دهار، وريبيكا كوخ، ويانليانغ غو، وجان سيباستيان كو، ومانويل لانديني، وهانز كريستوف ناجيرل، 29 أغسطس 2026، اتصالات الطبيعة.
دوى: 10.1038/s41467-026-76018-0
تم تمويل البحث من قبل صندوق العلوم النمساوي FWF من خلال منحة جائزة فيتجنشتاين، ومن قبل الاتحاد الأوروبي من خلال منحة ERC ، ومن قبل مجلس أبحاث العلوم الهندسية والفيزيائية في المملكة المتحدة.
scitechdaily.com
