تمكن علماء جامعة شيكاغو من إنشاء نوع جديد من الأجسام الكمية في المختبر: “جدران المجال”.
يمكن أن يساعد هذا الاكتشاف الباحثين على فهم الجسيمات الكمومية الغريبة بشكل أفضل ، ويمكن أن يقترح طرقًا لتكنولوجيا جديدة في المستقبل ، مثل الإلكترونيات الكمومية أو الذاكرة الكمومية.
نُشر البحث في 2 فبراير 2022 ، في مجلة Nature ، وأجري البحث في مختبر البروفيسور تشينغ تشين ، الذي يدرس أنظمة الكم الجديدة والفيزياء التي تكمن وراءها. في إحدى تجاربهم ، لاحظ علماء جامعة شيكاغو حدوثًا مثيرًا للاهتمام في الذرات عند درجات حرارة منخفضة للغاية. في ظل الظروف المناسبة ، يمكن لمجموعات الذرات أن تنفصل إلى مجالات ، ويتشكل “جدار” عند التقاطع حيث التقوا. تصرف جدار المجال هذا ككائن كمي مستقل.
قال دكتوراه: “إنها نوع من الكثبان الرملية في الصحراء – إنها مكونة من الرمال ، لكن الكثبان الرملية تتصرف بشكل مختلف عن حبات الرمل الفردية”. الطالب Kai-Xuan Yao ، المؤلف الأول للدراسة.
لقد لمح العلماء جدران المجال هذه في المواد الكمومية ، لكن في السابق ، لم يتمكنوا من توليدها وتحليلها بشكل موثوق. بمجرد أن ابتكر علماء الفيزياء في جامعة شيكاغو وصفة لصنع الجدران ودراستها عن كثب ، لاحظوا سلوكيات مدهشة.
قال تشين الذي تم تعيينه في قسم الفيزياء ومعهد جيمس فرانك ومعهد إنريكو فيرمي: “لدينا خبرة كبيرة في التحكم في الذرات”. “نحن نعلم أنه إذا دفعت الذرات إلى اليمين ، فسوف تتحرك بشكل صحيح. ولكن هنا ، إذا دفعت جدار المجال إلى اليمين ، فإنه يتحرك إلى اليسار. “
تعد جدران المجال هذه جزءًا من فئة تُعرف بالظواهر “الناشئة” ، مما يعني أنها تبدو وكأنها تتبع قوانين جديدة للفيزياء نتيجة عمل العديد من الجسيمات معًا كمجموعة.
يدرس مختبر تشين هذه الظواهر الناشئة ، معتقدًا أنها يمكن أن تلقي الضوء على مجموعة من القوانين تسمى نظرية المقياس الديناميكي ، والتي تصف الظواهر الناشئة الأخرى في المواد وكذلك في الكون المبكر ؛ من المحتمل أن تكون الظواهر نفسها قد جمعت الجسيمات الأولى معًا أثناء تكتلها معًا لتشكيل المجرات والنجوم والكواكب.
يمكن للاختراقات في هذا المجال أيضًا تمكين تقنية الكم الجديدة. يهتم العلماء بفهرسة هذه السلوكيات جزئيًا لأنها يمكن أن تصبح أساسًا للتكنولوجيا المستقبلية – على سبيل المثال ، ينبع أساس نظام تحديد المواقع العالمي الحديث من العلماء في الخمسينيات من القرن الماضي الذين حاولوا اختبار نظرية النسبية لأينشتاين.
قال تشين: “قد تكون هناك تطبيقات لهذه الظاهرة من حيث صنع مادة كمومية قابلة للبرمجة أو معالج معلومات كمومية – يمكن استخدامها لإنشاء طريقة أكثر قوة لتخزين المعلومات الكمية أو تمكين وظائف جديدة في المواد”. “ولكن قبل أن نتمكن من اكتشاف ذلك ، فإن الخطوة الأولى هي فهم كيفية التحكم فيها.”
