استخدم البروفيسور إيليا أبيربوش، والبروفيسور يشيام بريور وطالب البحث إيليا توتنيكوف من قسم الفيزياء الكيميائية والبيولوجية في معهد وايزمان للعلوم، مع شركائهم من مجموعة البروفيسور جين وو في جامعة ECNU في شنغهاي، الصين، القطع- طرق قياس الحافة للجمع بين البادئتين، ودراسة ما إذا كان من الممكن إنشاء ظاهرة صدى كمي داخل جزيء واحد.
يمكنك أن تبدأ القصة على النحو التالي: تنطلق مجموعة من المتسابقين في نفس الوقت (حسب صوت بندقية الزناد). وبطبيعة الحال، يركض كل منهم بوتيرة مختلفة عن أصدقائه، بحيث تنفتح بعد فترة فجوات بينهم ويبدو كما لو أنهم منتشرون بشكل عشوائي حول مضمار الجري. الآن، لنفترض أن جهاز التشغيل انطلق مرة أخرى، وفي تلك اللحظة، بدأ جميع المتسابقين في الركض في الاتجاه المعاكس - تمامًا بنفس السرعة التي كانوا يركضون بها للأمام. يشير السبب إلى أنه بعد مرور بعض الوقت سيعودون جميعًا إلى خط البداية في نفس الوقت تمامًا. التحقق مما إذا كان الجميع قد استعادوا بالفعل سيوفر معلومات حول الأحداث (التفاعلات) التي ربما حدثت للمتسابقين أثناء الجري ومنعتهم من إكمال المهمة. مثل هذه الظاهرة لا يمكن بالطبع أن تحدث في عالم العدائين البشر، ولكن عندما تحدث في عالم الكم من الفوتونات، أو الإلكترونات، يطلق عليها الفيزيائيون اسم "الصدى". منذ أن اكتشف إيروين هان أول "صدى" في أنظمة الدوران (1950)، تم اكتشاف العديد من "الأصداء" في أنظمة فيزيائية مختلفة.
ولكن يمكنك أيضًا أن تبدأ القصة على النحو التالي: في عام 1801، أجرى الفيزيائي الإنجليزي توماس يونج تجربة غيرت وجه الفيزياء. وفي التجربة التي أطلق عليها اسم "تجربة الشقين"، أرسل شعاعًا من الضوء إلى حاجز انفتح فيه شقان. على لوحة أخرى، موضوعة خلف اللوحة الأولى، تم اكتشاف شكل من التشابك، مما أنهى نقاشًا طويلًا، وأظهر بشكل لا لبس فيه أن الضوء ينتشر على شكل موجات (على الرغم من أن له أيضًا مظهر جسيمي). بمعنى آخر، للضوء طبيعة جسيمية (فوتونات) وفي نفس الوقت هو أيضًا موجة موجودة "في كل مكان". وهذه بالطبع ظاهرة لوحظت في الأنظمة التي تحتوي على عدد كبير من الفوتونات. تساءل ريتشارد فاينمان، الحائز على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1965: "ماذا سيحدث لو أجرينا تجربة الشقين باستخدام جسيم ضوئي واحد أو إلكترون واحد فقط؟ هل سيمر حقًا بكلا الشقين في نفس الوقت (وبالتالي سيقع في مشكلة مع نفسه)؟” سارع فاينمان إلى الرد قائلاً إنه على الرغم من أن هذه ظاهرة رئيسية في نظرية الكم، إلا أننا لن نكون قادرين على إجراء مثل هذه التجربة على أي حال، لذلك ليست هناك حاجة لحبس أنفاسنا في انتظار الإجابة. لكن التنبؤات من نوع "لن ننجح أبدًا" غالبًا ما تكون خاطئة في الأطر الزمنية المتوسطة (ناهيك عن الأطر الزمنية الطويلة). وهكذا، منذ حوالي 30 عامًا، كان العلماء اليابانيون قادرين على أن يُظهروا بوضوح أنه حتى الإلكترون الواحد (مثل نجم واحد فقط، والذي يجرؤ، وفقًا لمقال ناتان زاك شيرو) يمر بالفعل عبر كلا الشقين، ويتصرف كموجة.
"تجربة الشقين" لتوماس يونغ. غيرت وجه الفيزياء
استخدم البروفيسور إيليا أبيربوش، والبروفيسور يشيام بريور وطالب البحث إيليا توتنيكوف من قسم الفيزياء الكيميائية والبيولوجية في معهد وايزمان للعلوم، مع شركائهم من مجموعة البروفيسور جين وو في جامعة ECNU في شنغهاي، الصين، القطع- طرق قياس الحافة للجمع بين البادئتين، ودراسة ما إذا كان من الممكن إنشاء ظاهرة صدى كمي داخل جزيء واحد.
عندما يتم تحفيز الجزيء باستخدام وميض ليزر قصير جدًا، فإن الجزيء يتأرجح مثل مرنان ميكانيكي يصدر صوتًا عند ضربه - دائمًا نفس الصوت، مع تردد محدد بواسطة الخواص الميكانيكية والمادية للمرنان. يمكن تعديل حجم الصوت الذي يصدره مكبر الصوت (أي طاقة اهتزازاته) بشكل مستمر عن طريق تغيير قوة الإثارة. لكن عندما يتعلق الأمر بالجزيئات الموجودة في العالم الكمي، فإن الوضع مختلف. وفقًا لقوانين نظرية الكم، "يُسمح" فقط ببعض طاقات الإثارة (أي ممكنة)، وبالطبع، لا ترتبط هذه الاحتمالات بإثارة الليزر. ونتيجة لـ "ركلة" الليزر، سيكون الجزيء في إحدى هذه الحالات، أو في عدة حالات في نفس الوقت. تشكل هذه الخاصية الرائعة للأنظمة الكمومية الأساس للتطوير المستقبلي لأجهزة الكمبيوتر الكمومية.
إذا قمت بإثارة مجموعة من الحالات الكمومية، المعروفة باسم "الحزمة الموجية"، ستبدأ جميع الموجات في التأرجح معًا، ولكن تمامًا مثل العدائين، تتطور كل حالة من هذه الحالات الكمومية بمعدل مختلف، وهكذا، بعد فترة من الوقت، سيظهر النظام عشوائيًا تمامًا. لقد فهم علماء المعهد النظام وافترضوا أن وميض ليزر آخر سيتم تطبيقه على نفس الجزيء يمكن أن يتسبب في عودة جميع الحالات الكمومية ("العدائين") وإعادة توحيدها وبالتالي إنتاج "الصدى الكمي" المطلوب. وفي مقال نشر مؤخرًا في المجلة العلمية Nature Physics، أفادوا أنهم تمكنوا من إثبات هذا الافتراض. وباستخدام طرق قياس فريدة، تسمح بقياس جزيء واحد، قاموا بقياس مظهر "الصدى"، كما أظهرت حساباتهم. يختلف "الصدى الكمي" المُقاس عن جميع "الأصداء" التي تمت ملاحظتها في السنوات الأخيرة: فدورة نشاطه بأكملها تحدث في جزيء واحد فقط. لفهم سلوك جزيء واحد، لا بد من استخدام خصائص نظرية الكم، تمامًا كما هو الحال في تجارب تداخل إلكترون أو فوتون واحد، إلا أنه في تلك التجارب حدث التداخل في الفضاء، بينما هنا يحدث التدخل في الجدول الزمني.
ويقول العلماء إنه إذا امتدت الطريقة الجديدة إلى جزيئات أكبر، فقد تسمح في المستقبل بدراسة العمليات السريعة التي تحدث داخل جزيء معزول لا يتعرض للاضطرابات البيئية.
أرقام علمية: في 1 سم مكعب من غاز الأرجون في الظروف القياسية يوجد أكثر من مليار مليار جزيء (3×1019) - وفي كل جزيء تكون المسافة بين الذرتين أقل من 1 ميكرومتر.
للمادة العلمية;
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
