شرح خبراء من جامعة بون مبدأ التجربة الجديدة بمثال بسيط.افترض أنك
حيلة صغيرة تساعده في هذا:بينما يسرع النادل خطواته ، يميل الدرج قليلاً حتى لا تخرج الشمبانيا من الكؤوس. في منتصف الطريق إلى الطاولة ، يميلها في الاتجاه المعاكس ويبطئ. فقط عندما يتعلق الأمر بالتوقف الكامل ، فإنه يثبته في وضع مستقيم مرة أخرى.
الذرات تشبه إلى حد ما الشمبانيا.يمكن وصفها بأنها موجات من المادة لا تتصرف مثل كرة البلياردو ، بل مثل السائل. لذلك يجب على أي شخص يريد نقل الذرات من مكان إلى آخر في أسرع وقت ممكن أن يكون ماهرًا مثل النادل ليلة رأس السنة. توضح الدكتورة أندريا ألبيرتي ، التي قادت الدراسة في معهد الفيزياء التطبيقية بجامعة بون ، "ومع ذلك ، هناك حد للسرعة".
في دراستهم ، اكتشف العلماء تجريبيا بالضبط أين هذااستخدموا ذرة السيزيوم كبديل للشمبانيا واثنين من أشعة الليزر متراكبة تماما على بعضها البعض ولكنها موجهة ضد بعضها البعض.هذا التراكب ، الذي يسميه الفيزيائيون التداخل ، يخلق موجة دائمة من الضوء: مثل سلسلة من "الجبال" و "الوديان" التي لا تتحرك في البداية.ويوضح قائلا: "قمنا بتحميل ذرة في أحد هذه الوديان ، ثم قمنا بتحريك موجة واقفة ، مما أدى إلى تغيير موضع الوادي نفسه"."كان هدفنا هو إيصال الذرة إلى المكان الصحيح في أقصر وقت ممكن ، دون سكبها خارج الوادي."
لقد تم إثبات وجود حد للسرعة في العالم المصغر نظريا من قبل اثنين من علماء الفيزياء السوفيتيين ، ليونيد ماندلستام وإيغور تام ، لأكثر من 60 عاما.لقد أظهروا أن السرعة القصوى لعملية الكم تعتمد على السرعة القصوى للعملية الكمومية.في جوهرها ، يعتمد ذلك على مدى "حرية" الجسيم المتحكم فيه فيما يتعلق بحالات الطاقة المحتملة: فكلما زادت حرية الطاقة ، زادت سرعته.في حالة النقل الذري ، على سبيل المثال ، كلما كان "الوادي" أعمق حيث يتم احتجاز ذرة السيزيوم ، زاد تشتت طاقات الحالات الكمومية في الوادي ، وفي النهاية ، زادت سرعةيمكن رؤية شيء مشابه في مثال النادل: إذا كان يملأالنظارات في منتصف الطريق فقط ، فمن غير المرجح أن تسكب الشمبانيا عند التسارع والتباطؤ.ومع ذلك ، لا يمكن زيادة حرية الطاقة للجسيم بشكل تعسفي. لا يمكننا أن نجعل "وادينا" عميقا بلا حدود - فهذا سيتطلب الكثير من الطاقة ، "يشددألبرتي.
الحد الأقصى لسرعة ماندلستام وتم -قيود أساسية. ومع ذلك ، لا يمكن تحقيق ذلك إلا في ظل ظروف معينة ، أي في أنظمة ذات حالتين كميتين فقط. "في حالتنا ، على سبيل المثال ، يحدث هذا عندما يكون الأصل والوجهة قريبين جدًا من بعضهما البعض ،" تشرح عالمة الفيزياء. "ثم تتداخل الموجات المادية للذرة في كلا المكانين ، ويمكن تسليم الذرة مباشرة إلى وجهتها دفعة واحدة ، أي بدون أي توقفات وسيطة."
ومع ذلك ، يتغير الوضع عندما تكون المسافةيزيد إلى عدة عشرات من قيم عرض موجة المادة ، كما في تجربة بون. النقل الآني المباشر مستحيل في هذه المسافات. بدلاً من ذلك ، يجب أن يمر الجسيم عبر عدة حالات وسيطة للوصول إلى وجهته النهائية: يصبح النظام ذي المستويين متعدد المستويات. أظهرت الدراسة أن حدًا أدنى للسرعة ينطبق على مثل هذه العمليات مما توقعه اثنان من علماء الفيزياء السوفييتية. النقطة المهمة هي أنه لا يتم تحديده فقط من خلال عدم اليقين في الطاقة ، ولكن أيضًا من خلال عدد الحالات الوسيطة. وبالتالي ، فإن العمل الجديد يحسن الفهم النظري للعمليات الكمومية المعقدة وقيودها.
استنتاجات علماء الفيزياء مهمة ليس أقلهاالاحصاء الكمية. تعتمد الحسابات الممكنة باستخدام أجهزة الكمبيوتر الكمومية بشكل أساسي على معالجة الأنظمة متعددة المستويات. ومع ذلك ، فإن الدول الكمومية هشة للغاية. أنها تدوم فقط لفترة قصيرة من الزمن - وقت التماسك. تكشف الدراسة الجديدة عن الحد الأقصى لعدد العمليات التي يمكن للعلماء إجراؤها خلال فترة الاتساق. هذا يسمح باستخدامه على النحو الأمثل.
اقرأ أيضا
تم إنشاء أول خريطة دقيقة للعالم. ما هو الخطأ مع أي شخص آخر؟
سجل العلماء لأول مرة كيف تتشكل الكواكب حول النجوم منخفضة الكتلة
تم اكتشاف دواء مضاد للشيخوخة يزيل الخلايا الشائخة