🔺 تکان کوانتومی به دنیای ماکروسکوپیک: ثبت رکوردی تاریخی در مسیر حل معمای گرانش اینشتین
🔹 مکانیک کوانتوم دنیای ذرات بی‌نهایت ریز است و نظریه نسبیت عام اینشتین بر ستارگان و جهان بزرگ‌مقیاس حکومت می‌کند؛ اما پیوند دادن این دو نظریه بزرگ همواره بزرگ‌ترین چالش فیزیک نظری بوده است. اکنون فیزیکدانان مؤسسه علم و فناوری اوکیناوا (OIST) در ژاپن در آزمایشی پیشگامانه که نتایج آن در ژورنال Science Advances منتشر شده، موفق شده‌اند با استفاده از ویژگی‌های کوانتومی درون یک قطعه الماس، یک شیء معلق سانتی‌متری با جرم ۱۲۸ میلی‌گرم را تکان دهند.
❕ چرا پیوند مکانیک کوانتوم و گرانش دشوارترین معمای فیزیک است؟
در فیزیک کوانتوم، ذرات می‌توانند همزمان در چند مکان حضور داشته باشند (پدیده برهم‌نهی)، اما هرگز مشاهده نشده است که اجسام روزمره ما چنین رفتاری نشان دهند؛ زیرا کوچک‌ترین ارتعاش یا گرمای محیطی، حالت ظریف کوانتومی آن‌ها را فرو می‌ریزد. برای آنکه دانشمندان بتوانند آزمایش کنند که آیا گرانش هم خاصیتی کوانتومی دارد، ناچارند اجسامی به اندازه کافی سنگین را وارد حالت‌های کوانتومی کنند تا اثر گرانش آن‌ها قابل اندازه‌گیری باشد؛ کاری که تا پیش از این فقط برای نانوذرات بسیار سبک ممکن بود.
🔹 پژوهشگران در این پروژه به جای تلاش برای بزرگ‌تر کردن نانوذرات، مسیر متفاوتی را انتخاب کردند: آغاز از اجسام بزرگ و اعمال کنترل کوانتومی روی آن‌ها. آن‌ها صفحه‌ای گرافیتی را به شکل شناور مغناطیسی در خلأ معلق کردند و قطعه‌ای الماس حاوی میلیاردها نقص بلوری را به آن متصل ساختند. تابش پالس‌های لیزر سبز باعث شد خواص مغناطیسی الکترون‌های درون الماس دستخوش تغییر شود و نیرویی به سمت پایین ایجاد کند که دستگاه معلق را بیش از ۱۰۰ نانومتر به نوسان درآورد؛ حرکتی که با تداخل‌سنج‌های لیزری با دقت باورنکردنی یک پیکومتر (یک‌تریلیونم متر) ثبت شد.
❕ مراکز نقص الماس (NV Centers) چگونه عمل می‌کنند؟
در شبکه اتمی الماس، اگر جایگاه یک اتم کربن خالی بماند و یک اتم نیتروژن در مجاورت آن بنشیند، پدیده‌ای به نام مرکز نیتروژن-تهی‌جایی شکل می‌گیرد. این ساختارها مانند آهنرباهای اتمی بی‌نهایت کوچکی رفتار می‌کنند که دارای ویژگی «اسپین» هستند. ویژگی منحصر‌به‌فرد این مراکز این است که حالت‌های کوانتومی خود را حتی در دمای اتاق برای مدت طولانی حفظ می‌کنند و فیزیکدانان می‌توانند با نور لیزر رفتار آن‌ها را به دقت برنامه‌ریزی کنند.
🔹 این آزمایش نشان داد که می‌توان از پدیده‌های ظریف کوانتومی برای حرکت دادن اجسامی نزدیک به یک میلیارد برابر سنگین‌تر از رکوردهای قبلی استفاده کرد. این دستاورد گامی اساسی به سوی قرار دادن اجسام ملموس در حالت‌های کوانتومی به شمار می‌رود و راه را برای ساخت حسگرهای گرانشی فوق‌العاده حساس برای ردیابی ماده تاریک و امواج گرانشی هموار می‌کند.
[منبع]
🆔 @Science_Focus
#فیزیک_کوانتوم #گرانش #نسبیت_عام #اینشتین #مکانیک_کوانتومی #فناوری_کوانتومی
Scitechdaily
A Quantum Breakthrough Inside a Diamond Could Help Solve One of Einstein’s Greatest Mysteries
Electrons inside a diamond have given a floating, centimeter-sized device a quantum nudge, opening a new path toward testing how quantum physics and gravity fit together.
1۶ آبان ۱۴۰۵ ۶۶ ۱
