أصبحت البلورة الاهتزازية الصغيرة أكبر جسم غير مسجل في تراكب الأماكن التي تزن أكثر بقليل من حبة رمل.
قام علماء الفيزياء في المعهد الفدرالي السويسري للتكنولوجيا (ETH) في زيورخ بدمج مرنان ميكانيكي مع نوع من الدوائر فائقة التوصيل المستخدمة بشكل شائع في الحوسبة الكمومية لتكرار تجربة إروين شرودنجر الفكرية الشهيرة بكفاءة غير مسبوقة.
ومن المفارقات أن شرودنجر سيكون متشككًا إلى حد ما في أن أي شيء بهذا الحجم – حسنًا ، أي شيء – يمكن أن يكون في الواقع في مثل هذه الحالة السيئة.
حالات التراكب ليس لها أوجه تشابه في تجربتنا اليومية. شاهد كرة القدم وهي تسقط وتتبع معدل سقوطها باستخدام ساعة توقيت. موقف الراحة الأخير واضح كالنهار ، وحتى كيف يدور في الرحلة.
إذا أغمضت عينيك عند سقوطه ، فلا يوجد سبب للاعتقاد بأن هذا الموقع أو السلوك سيكون بخلاف ذلك. لكن في فيزياء الكم ، لا تحمل سمات مثل الموضع والدوران والسرعة أي معنى حتى نرى الكرة تستريح على الأرض.
جنبًا إلى جنب مع غيره من الشخصيات ذات الوزن الثقيل في الفيزياء النظرية ، ألبرت أينشتاين ، لم يكن شرودنغر مهتمًا تمامًا بتفسيرات التجارب التي أشارت إلى أن الجسيمات تفتقر إلى الخصائص الدقيقة.
لإظهار مدى سخافة الفكرة بأكملها ، وصف النمساوي الحائز على جائزة نوبل سيناريو ترتبط فيه حالة الجسيم غير المرصودة بحياة قطة غير مرئية.
تخيل ، إذا صح التعبير ، أن جسيمًا مقذوفًا عشوائيًا من ذرة متحللة يصطدم بمقياس جيجر ، ويحطم القارورة السامة ، ويقتل قطة على الفور. لأن كل هذا يحدث داخل صندوق ، فإن الأحداث وتوقيتها لا يمكن ملاحظتها.
معروف ك تفسير كوبنهاغن في فيزياء الكم ، يوجد نظام غير مرئي في جميع الحالات الممكنة حتى يجد حالته النهائية. ينبعث الجسيم ولا ينبعث. تم تفعيل عداد جيجر وإلغاء تنشيطه. لم تتحطم قنينة السم. والقط حية وميتة.
من المستحيل تخيل طمس الموت هذا ، لكن من السهل تمثيله معادلة شبيهة بالموجة من تصميم شرودنغر.
بعد قرن تقريبًا ، لم تعد قط شرودنجر مزحة. يلاحظ هذا ليس فقط في الجسيمات الصغيرة ولكن أيضًا في الجزيئات بأكملها (ناهيك عن مجموعات الآلاف من الذرات). يمكننا التلاعب بالصندوق حتى لا تموت القطة أبدًا. يمكننا حتى العبث بنظام فصل القطة. في الواقع ، تم تأسيس تقنيات كاملة على مبادئ الأشياء في حالات التراكب.
على الرغم من عدم وجود قطط حقيقية مهددة بالتجارب الكمية – لأن الأخلاق كما تعلمون – فإن النظرية واضحة. القطط ، أو في الواقع ، الأجسام الكبيرة مثل البشر أو الفيلة أو الديناصورات ، يمكن أن تكون في حالات التراكب ، مثل الإلكترونات والكواركات والفوتونات.
الرياضيات مشكوك فيها ، لكن ملاحظة آثار مثل هذا الوجود الخافت على نطاق واسع هي قصة مختلفة تمامًا.
على المستوى الذري ، يمكننا أن نرى مسحة من القواعد التي لم تتحقق باستخدام أبسط المعدات. مع نمو خصائص المواد ، يصبح من الصعب استنباط بصمات التراكب بشكل تجريبي.
في هذه التجربة الحديثة ، مرنان موجة صوتية عالية النغمة ، أو هبار، 16.2 ميكروغرام بمثابة قط. الشوارب وتنفس الأسماك غائبة ، ولكن يمكن أن يتردد صداها في نطاق ضيق من الترددات عندما يقودها تيار كهربائي.
“من خلال وضع حالتين ذبذبات في البلورة في تراكب ، نكون قد أنشأنا بشكل فعال قطة شرودنغر تزن 16 ميكروغرامًا.” هو يقول مؤلف رئيسي وعالم فيزياء ETH في زيورخ Yiwen Xu.
بالنسبة لأدوار الذرة المشعة وعداد جيجر والسم ، استخدم الفريق أ ترانسموندائرة فائقة التوصيل ، تعمل كمصدر طاقة للتجربة ، ومستشعر ، وتراكب.
سمح اقتران الاثنين للباحثين بضبط HBAR في الحركة بحيث تهتز اهتزازاته على مرحلتين في وقت واحد ، مما يعيد تغذية جهاز الإرسال.
ما مدى ضخامة التجارب المستقبلية هو سؤال مفتوح. من الناحية العملية ، قد يؤدي دفع حدود الحجم في التراكب إلى طرق جديدة لجعل تكنولوجيا الكم أكثر قوة أو تشكل أساسًا لأدوات أكثر حساسية لدراسة المادة والكون.
في الأساس ، لا تزال هناك أسئلة حول معنى أن تكون في حالة مادية من الإفراط. على الرغم من عقود من التقدم في جعل ميكانيكا الكم أكثر دقة ، هناك لا يزال غير واضح لماذا يجب أن يحدث فتح الصندوق أي فرق في مصير قطة شرودنغر؟
تمامًا كما حلم شرودنجر بفكرته السخيفة عن قطة ، فإن التحول إلى حقيقة في فيزياء الجسيمات يظل لغزًا.
تم نشر هذه الدراسة علوم.
