أن تكون في مكانين في نفس الوقت

يحاول العلماء الإجابة على أحد أكبر الأسئلة المفتوحة في الفيزياء بشريحة ذرية تُستخدم لإنشاء مخبر قائم على المغناطيس. الصورة: مختبر البروفيسور رون بولمان ، جامعة بن غوريون منذ أكثر من 70 عامًا ، ظهرت فكرة في مجتمع الفيزيائيين: لاستخدام المجالات المغناطيسية وخاصية الدوران (الزخم الزاوي الداخلي) للإلكترون ، لإحداث جسم من عالم العالم. الأجسام الكبيرة تتواجد في وقت واحد في مكانين ، أي أن تكون في حالة “تراكب”. نجحت مجموعة بحثية بقيادة البروفيسور رون بولمان من قسم الفيزياء في جامعة بن غوريون في النقب ، مؤخرًا في إدراك الفكرة ، واقترحت أيضًا نسخة متقدمة من الجهاز الذي قد يوفر إجابات مستقبلية على أحد الأسئلة المركزية في الفيزياء: هل هناك علاقة بين نظرية الكم والجاذبية؟ في القرن العشرين ، حدثت ثورتان في مجال الفيزياء: النسبية (التي تتعامل أيضًا مع الجاذبية) ونظرية الكم. كلاهما لا يزالان ركائز الفيزياء الحديثة. أحد الأسئلة المفتوحة في هذا المجال هو لماذا لا ننجح في توحيد هاتين النظريتين الناجحتين في إطار نظرية واحدة ستسمى الجاذبية الكمومية؟ اقترحت مجموعة أبحاث البروفيسور بولمان طريقة لإجراء تجربة من شأنها فحص العلاقة بين النظريتين. في جوهر الفكرة يوجد جهاز (مقياس تداخل فريد) يعتمد على مبادئ نظرية الكم وقادر على السماح لجسم واحد بالوجود في مكانين في نفس الوقت. هناك أنواع عديدة من مقاييس التداخل ، لكن مقياس التداخل الذي طوره البروفيسور بولمان وأعضاء مجموعته مهم بشكل خاص لأنه مناسب للعمل مع الجسيمات ذات الكتلة الكبيرة (والتي ، بطبيعة الحال ، تتعرض لتفاعل جاذبية كبير نسبيًا). الجهاز الفريد ، الذي تمكنت المجموعة من تطويره ، هو “مقياس تداخل ذو حلقة كاملة يعتمد على تأثير ستيرن غيرلاخ” أو باختصار “مقياس تداخل مغناطيسي”. تدور قبل 100 عام بالضبط ، تم إجراء تجربة تم فيها اكتشاف “تأثير ستيرن غيرلاخ” ، الذي سمي على اسم الفيزيائيين والتر جيرلاخ وأوتو ستيرن. يتم إطلاق شعاع من ذرات الفضة نحو شاشة ، حيث يعبر مجالًا مغناطيسيًا متفاوت القوة. يقسم المجال المغناطيسي الذرات إلى شعاعين. التفسير الكمي لهذا الانقسام هو أن الذرة هي في الواقع مغناطيس صغير لا يمكن أن يكون إلا في اتجاه واحد من اتجاهين فيما يتعلق بالمجال المغناطيسي ، وبالتالي تعمل قوتان مغناطيسيتان عليه. يُطلق على المغناطيس الداخلي للذرة (المرتبط بزخمها الزاوي الداخلي) اسم “الدوران”. في الخمسينيات من القرن الماضي ، اقترح المنظر ديفيد بوم إنشاء حلقة كاملة من تقسيم الأشعة وإعادة توحيدها: بعد الانقسام ، سيوقف المجال المغناطيسي الأشعة ويوجهها مرة أخرى نحو بعضها البعض ، بحيث تتحد الأشعة مرة أخرى في واحدة. شعاع ، بعد إجراء حلقة كاملة. هذه هي الطريقة التي تم بها إنشاء مقياس التداخل المغناطيسي. بعد أن يوجد الجسم في مكانين في نفس الوقت (فرعي الحزمة) ، فإنه يتحد مرة أخرى في جسم واحد ، ومن خلال القياسات التي يتم إجراؤها على هذا الجسم ، من الممكن التعرف على الاختلافات في الظروف التي يمر بها الجسم. الجسم في المدارين ، ظروف مثل تفاعل الجاذبية. في الواقع ، كان من الصعب جدًا تنفيذ مثل هذه الحلقة. كان من الضروري ألا تتم إعادة أجزاء ذرة الانقسام إلى نفس المكان فحسب ، بل أيضًا بنفس السرعة. تمكن العلماء من جامعة بن غوريون في النقب من التحكم في المجال المغناطيسي بدرجة عالية من الدقة باستخدام شريحة (مثل رقائق الكمبيوتر). بالإضافة إلى ذلك ، لم يكن شعاع الذرات الذي استخدموه شعاعًا من ذرات الفضة ، ولكن من ذرات الروبيديوم التي خضعت لعملية تبريد عميق إلى درجة حرارة قريبة من الصفر المطلق (ناقص 273 درجة مئوية) ، حتى يتمكن العلماء من السيطرة على كانت خصائص الذرة عالية جدًا. قبل بضع سنوات ، أجرى الفريق تجربة أخرى ذات غرض مماثل ، عندما استخدموا ساعة ذرية تتكون من ذرة واحدة تم وضعها في مكانين في نفس الوقت ، أحدهما أقرب من الآخر إلى الأرض (وفقًا للنظرية النسبية ، يتأثر الوقت بالجاذبية). ومع ذلك ، للوصول إلى نتائج لا لبس فيها في هذه التجربة ، ستكون هناك حاجة إلى تحسينات كبيرة في أداء الساعات الذرية. تقترح المجموعة الآن وضع جسم كتلته كبيرة جدًا في مقياس التداخل ، بحيث لا تكون قوى الجاذبية المؤثرة عليه ضئيلة. بهذه الطريقة ، سيتم الحصول على تجربة واحدة ، حيث ستعمل نظرية الكم ، والتي تسمح لجسم واحد بالوجود في مكانين في نفس الوقت ، جنبًا إلى جنب مع نظرية الجاذبية ، تعتمد القوة التي يبذلها على حجم كتلة الجسم . فقط من خلال الجمع بين النظريتين معًا ، سيكون من الممكن شرح التجربة. لإثبات جدوى التجربة الطموحة ، نفذت المجموعة البحثية ، المسماة “مجموعة الرقائق الذرية” ، تجربة أولية بدعم من مؤسسة العلوم الوطنية. في هذه المحاولة ، استخدم العلماء ذرات مفردة ، ومن ناحية أخرى ، نفذوا العملية الكاملة التي ستكون مطلوبة للقيام بذلك بكتلة ثقيلة. يقول البروفيسور بولمان: “هذا الإنجاز له معنى مهم” ، لأنه من الممكن أن يعطينا إنشاء مثل هذا مقياس التداخل ستيرن جيرلاخ ، بكتلة كبيرة ، أدلة جديدة فيما يتعلق بالطبيعة الكمومية للجاذبية ، وبالتالي قد نكون قادرين على حل أحد الألغاز العظيمة للفيزياء الحديثة “. الآن بعد أن يبدو أن هناك طريقة عملية للقيام بذلك ، ستبدأ المجموعة ، مع مجموعات أخرى حول العالم ، في تحقيق التجربة. ضم فريق البحث: الدكتور يائير مارغاليت ، السيد أور دوفكوفسكي ، الدكتور زيفان زو ، السيد عمر أميت ، الدكتور يوناتان يافي ، الدكتور صموئيل موكوري ، الدكتور دانيال رورليش ، البروفيسور أنوبام مازومدر ، البروفيسور سوغاتو بوس ، الدكتور كارستن هنكل والبروفيسور رون بولمان. الحياة نفسها: يعيش البروفيسور رون بولمان في تل أبيب وهو أب لأربع بنات. ناشط في مجال حقوق الإنسان والسلام ، وناشط بيئي أيضًا. كما أنه يستثمر طاقته في الألعاب الرياضية والرياضات الخطرة ، من الكرة الطائرة إلى التزلج على الجليد إلى الطيران. يُعرف رون أيضًا بأنه الشخص الذي رسم نسخة طبق الأصل من الرقم المحفور على ذراع والده في أوشفيتز. المزيد عن الموضوع على موقع العلوم: جهاز يجعل من الممكن الإجابة على أحد الأسئلة الرئيسية في الفيزياء التي لم تتم الإجابة عليها. سيعزز تطوير تكنولوجيا فعالة وفعالة من حيث التكلفة الأشياء التي يعرفها المتبرعون: أين تشير إبرة البوصلة؟ المجال المغناطيسي في بقايا الحرائق يجعل من الممكن اكتشاف القصة الحقيقية وراء الأوصاف في الكتاب المقدس