الفيزيائيون يصنعون أسمن قط شرودنجر على الإطلاق

تخيل قطة. أفترض أنك تتخيل واحدًا حيًا. لا يهم. أنت مخطئ في كلتا الحالتين – لكنك أيضًا على حق.

هذه هي مقدمة تجربة إروين شرودنجر الفكرية لعام 1935 لوصف الحالات الكمومية ، والآن ، تمكن الباحثون من إنشاء قطة شرودنجر الدهنية (أي ضخمة) ، واختبار حدود العالم الكمي وأين تفسح المجال للكلاسيكية. الفيزياء.

وهكذا فإن تجربة شرودنغر هي: قطة في صندوق به سم يتم إطلاقه من عبوته إذا تحللت ذرة مادة مشعة ، موجودة أيضًا في الصندوق. نظرًا لأنه من المستحيل معرفة ما إذا كانت المادة ستتحلل في إطار زمني معين أم لا ، فإن القطة تظل حية وميتة حتى يتم فتح الصندوق ويتم تحديد بعض الحقيقة الموضوعية. (يمكنك قراءة المزيد عن التجربة الفكرية هنا.)

بالطريقة نفسها ، الجسيمات في الحالات الكمومية (الكيوبتات ، إذا تم استخدامها كوحدات بت في الكمبيوتر الكمومي) تكون في حالة تراكب كمي (أي “حية” و “ميتة”) حتى يتم قياسها ، وعند هذه النقطة ينهار التراكب. على عكس بتات الكمبيوتر العادية التي تحتوي على قيمة إما 0 أو 1 ، يمكن أن تكون الكيوبتات 0 و 1 في نفس الوقت.

الآن ، صنع الباحثون قطة شرودنغر أثقل بكثير من تلك التي تم إنشاؤها سابقًا ، واختبروا المياه الموحلة حيث يفسح عالم ميكانيكا الكم الطريق للفيزياء الكلاسيكية للعالم المجهري المألوف. بحثهم نشرت هذا الأسبوع في مجلة Science.

في مكان القطة الافتراضية كان هناك بلورة صغيرة ، وضعت في تراكب من حالتين من التذبذب. حالات التذبذب (لأعلى أو لأسفل) تعادل حالة الحياة أو الموت في تجربة شرودنجر الفكرية. تم استخدام دائرة فائقة التوصيل ، وهي عبارة عن كيوبت ، لتمثيل الذرة. قام الفريق بربط مجال كهربائي مكونًا مادة بالدائرة ، مما سمح لتراكبها بالانتقال إلى البلورة. كابيش؟

قال يوين تشو ، الفيزيائي في ETH زيورخ والمؤلف الرئيسي للدراسة ، في إحدى الجامعات: “من خلال وضع حالتين من التذبذب في البلورة في تراكب ، نكون قد أنشأنا بشكل فعال قطة شرودنغر تزن 16 ميكروغرامًا”. يطلق.

16 ميكروغرامًا تكافئ تقريبًا كتلة حبة الرمل ، وهذا قط سمين جدًا على مستوى الكم. وفقًا للإصدار ، فهو “أثقل بمليارات المرات من الذرة أو الجزيء ، مما يجعله أسمن قط كمي حتى الآن”.

ليست هذه هي المرة الأولى التي يختبر فيها الفيزيائيون ما إذا كان يمكن ملاحظة السلوكيات الكمية في الأشياء الكلاسيكية. العام الماضي ، فريق مختلف أعلنوا أنهم قد تسببوا في تشابك بطيئات المشية، على الرغم من أن عددًا من الفيزيائيين أخبروا Gizmodo أن هذا الادعاء كان نبات الخشخاش.

هذا مختلف قليلاً ، حيث كان الفريق الأخير يختبر فقط كتلة جسم في حالة كمومية ، وليس إمكانية تشابك كائن حي. في حين أن هذا ليس في خطط الفريق ، فإن العمل مع مجموعات أكبر “سيسمح لنا بفهم أفضل للسبب وراء اختفاء التأثيرات الكمومية في العالم الماكروسكوبي للقطط الحقيقية ،” قال تشو.

أما عن الحد الحقيقي بين العالمين؟ كتب Matteo Fadel ، الفيزيائي في ETH Zurich والمؤلف المشارك للورقة البحثية ، في رسالة بريد إلكتروني إلى Gizmodo: “لا أحد يعرف”. “هذا هو الشيء المثير للاهتمام ، والسبب في أن إظهار التأثيرات الكمية في أنظمة زيادة الكتلة هو أمر غير مسبوق.”

يأخذ البحث الجديد تجربة شرودنجر الفكرية الشهيرة ويعطيها بعض التطبيقات العملية. يمكن أن يكون التحكم في المواد الكمومية في حالة التراكب مفيدًا في عدد من المجالات التي تتطلب قياسات دقيقة للغاية ؛ على سبيل المثال ، المساعدة تقليل الضوضاء في مقاييس التداخل التي تقيس موجات الجاذبية.

يدرس فاضل حاليًا “ما إذا كانت الجاذبية تلعب دورًا في فك تماسك الحالات الكمومية ، وتحديدًا ما إذا كانت مسؤولة عن الانتقال من الكم إلى الكلاسيكي كما اقترح قبل عقدين من الزمن بواسطة بنروز.” لا يبدو أن الجاذبية موجودة على المستوى دون الذري ولا يتم احتسابها في النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات.

عالم الكم ناضج اكتشافات جديدة، ولكن للأسف ، إنها مليئة المجهولو طريق مسدود، و مزعجة مشاكل جديدة.

أكثر: العلماء ينقذون قطة شرودنغر