دکتر سید سلمان فاطمی

دنیای شگفت انگیز کوانتومی و هوشیاری کوانتومی(نوروکوانتولوژی)
رفتار ذرات در کیهان ما، رفتار از پیش تعیین شده ای نیست. موج بزرگی از وقایع احتمالی، در پیشاپیش ناظری است که به ذرات مینگرد و در قالب ظرف ذهنی و ادراکی خود، این موج بزرگ را محدود و مشخص میکند. ناظری که در پس سد و حجاب تاریکی مینگرد با ناظری که مسلط بر آن است و از بالا مینگرد بسیار متفاوت خواهد دید. جالب اینکه وقتی ناظر از محیط و مجموعه ای فراتر از ذرات بر آنها بنگرد حتی میتواند بر رفتار آنها تاثیر گذار باشد(به شش قسمت تاثیر مشاهده بر رفتار ذرات کوانتومی کیهان در همین کانال مراجعه شود)
اجزای کوانتومی وقتی از یک سد جامد عبور میکنند، زمان سنجی میشوند!
یک مطالعه جدید به دقت اندازه گیری میکند چقدر طول میکشد تا اجزای کوانتومی از یک سد، عبو رکنند. اجزای کوانتومی میتوانند از حدودی- که به نظر میرسد غیر قابل نفوذ هستند- عبور نمایند و در طرف دیگر نمایان شوند. رفتار تونل کوانتومی(quantum tunneling) یک کشف جدید نیست ولی خیلی چیزها را دانشمندان نمی دانند. با استفاده از روبیدیون خیلی سرد پژوهشگران از چرخنده خود به عنوان زمان سنج مغناطیسی استفاده کردند.
وقتی وارد رفتارهای عجیب و غریب می شویم هیچ چیز صد در صدی مانند جهان کوانتومی نیست. در صدر جهانی با نوع در هم تنیدگی گیج کننده سر، تونلی شدن کوانتومی هم هست؛ یک فرایند اسرارآمیز که در آن، ذرات تا حدی مسیر خود را در چیزی به عنوان حدود غیر قابل نفوذ پیدا می کنند.
دقیقا چرا و حتی چگونه تونلی شدن کوانتومی رخ می دهد مشخص نیست. آیا ذرات فورا در سمت دیگر به صورتی ظاهر میشوند؛ شبیه همان روشی که اجزای در هم تنیده با هم واکنش نشان می دهند؟ یا آنها به صورت پیشرونده و تدریجی نفوذ می کنند و راه خود را پیدا می کنند؟ پژوهش های قبلی ابهام آور بود. تونل کوانتومی از سال 1920 کشف شد.
وقتی
IBM
برای شهرت نام خود را بر ماده نیکلی با استفاده از زنون 35 نوشتند آنها از میکروسکوپ های با پروب اسکن کننده استفاده کردند تا ببینند چه کاری انجام میدهند. و دیود های تونل، نیمه هادی های با سرعت تغییر بالا هستند که مقاومت منفی خود را از تونل کشی کوانوتومی مشتق می کنند.
تونل کوانتومی یکی از پرابهام ترین معماها در مورد پدیده های کوانتومی است. این را آفرین استینبرگ عضو برنامه علوم کوانتومی در موسسه کانادایی پژوهش های پیشرفته تورنتو می گوید. در مصاحبه ای، توضیح میدهد: اینطور به نظر میرسد که ذره در جهت رو به پایین از تونل می گذرد و در طرف دیگر نمایان می شود.
استینبرگ، همکار در مطالعه بود و مقاله را در مجله نیچر منتشرکرد. این مقاله تعدادی از مطالعات را نشان میدهد که به پژوهشگران اجازه میدهد زمانی را مشخص کنند که طول میکشد اجزای در حال تونل کشی از این مرز و سد بگذرند.
این شگفت انگیز است که ما اکنون می توانیم آن را به این روش مطالعه کنیم. یکی از مشکلات در نظر گرفتن زمانی که این اتفاق می افتد این شناخت دقیق است که این فرایند کی آغاز شد و کی به پایان رسید.
مولفان مطالعه جدید این را با طراحی سیستمی بر اساس انحراف و تغییر جهت ذرات ساختند. اجزای زیر اتمی همه شان خصوصیات کوانتومی دارند و می چرخند و تغییر محل میدهند مانند برجی که با یک حوزه مغناطیسی بیرونی مواجه شود.
پژوهشگران مطالعه، تصمیم گرفتند یک سد از فیلد مغناطیسی بسازند که سبب میشود هر ذره از آن بگذرد و آنطور که مرسوم است منحرف شود.
آن ذرات قبل از ورود به فیلد، منحرف نشده بودند از این رو دانشمندان می تواستند به دقت مشخص کنند چه زمانی طول میکشد این ذرات از سد بگذرند. برای طراحی آن سد، دانشمندان حدود 8000 اتم روبیدیوم را تا یک دهم میلیون درجه بالای صفر مطلق، سرد کردند. در این وضعیت آنها چگالش بوز اینشتاینرا شکل دادند که پنجمین فرم ماده است. به نقل از اینترنشنال بیزینس تایم، جستجو برای ماده ای که بتواند بدون مقاومت رسانای برق باشد، از مدت ها قبل آغاز شده است.
(در همین راستا محققان دانشگاه توکیو در ژاپن یک ابررسانه از حالت پنجم ماده به نام چگالش بوز-اینشتین(BoseEinstein condensate) ساخته اند.
پنجمین حالت ماده یاBEC در نتیجه سرد کردن گاز بوزون در پایین ترین دمای ممکن به وجود می آید.
علاوه بر چگالش بوز انیشتین،۶ حالت دیگر ماده یعنی جامد، مایع، گاز، پلاسما،کوارک گلون پلاسما و چگالش فرمونیک وجود دارد.
تاکنون این رویداد محدود به نظریه ها بوده و برخی از دانشمندان توانستند ابرجامد، ابر مایع و ابراکسیتونیوم( تشکیل شده از ذرات اکسیتون) با حجم منفی بسازند. اما هیچ کس نتوانسته ابر رسانا بودن این مواد را اثبات کند.
اکنون محققان دانشگاه توکیو برای نخستین بار ابررسانایی چگالش بوز انیشتین را ثابت کردند. آنها برای این منظور با استفاده از ابر آهن و اتم های سلنیوم BEC را ساختند.

کوزو اکازاکی محقق ارشد این پژوهش می گوید: یک BEC حالت جالبی از ماده است که به جای ذرات از مواد تشکیل شده است. حالت BCE یک ماهیت یکپارچه با ویژگی های نوین است که درحالات جامد، مایع وگاز وجود دندارد.
محققان برای نشان دادن ابررساناییBCE از رژیم بادرین-کوپر- شریفر استفاده کردند. این رژیم حالتی شبیه ماده است که ابر اتم ها تا دمای صفر سرد می شوند به این ترتیب الکترون ها بدون هیچ مقاومتی از کنار یکدیگر می گذرند.
اوکازاکی و همکارانش از اشعه لیزر قدرتمند با دمای بسیار سرد استفاده کردند تا شیوه رفتار الکترون ها طی فرایند انتقال از رژیم باردین-کوپر-شریفر به BCE را بررسی کنند. هرچند الکترون ها در هر دو وضعیت رفتار متفاوتی داشتند اما همپوشانی رفتار آنها ابررساناییBCE را نیز نشان داد.
اوکازاکی و همکارانش خواهان بررسی هم پوشانی بین BCE و باردین-کوپر-شریفر بودند اما در نهایت شاهد ابررساناییBCE شدند.
وقتی در این وضعیت اتم ها به آرامی رو به پایین حرکت کردند، توانستند با هم بیامیزند به جای آنکه مستقل از هم با سرعت زیاد حرکت کنند.)
با استفاده از لیزر، پژوهشگران حدود 2000 اتم روبیدیوم را با هم به درون سدی با ضخامت 1.3 میکرومتر، هل دادند و آن را به فیلد شبه مغناطیسی بخشیدند. در مقایسه با یک اتم روبیدیوم این یک دیوار ضخیم است
وقتی دیوار تهیه شد لیزر دوم اتم های منفرد روبیدیوم را به سمت آن هل میداد. بیشتر اتم ها از روی سد بر میگشتند و بازتاب پیدا می کردند. ولی حدود 3% آنها درون دیوار نفوذ کردند. اندازه گیری دقیق انحراف آنها این نتیجه را داد: این نفوذ حدود 0.61میلی ثانیه طول کشید.
دانشمندانی که در مطالعه دخیل نبودند نتایج را قابل توجه میدانند.ایگور لیتوینیوک از دانشگاه گریفیت استرالیا میگوید: این یک آزمایش زیباست انجام چنین تاثیر قهرمانانه ای خیلی ارزشمند است. دانشمند دیگری میگوید: آزمون یک دستاورد واقعا نفس گیر و شگفت علمی است.
آنچه سبب شد نتایج پژوهشگران اینقدر استثنایی شود، روشنی و وضوح آنهاست. چاد اورزل در دانشکده یونیون در نیویورک می گوید: مطالعه آنها مبتکرانه طراحی شده بود تا تفسیرهر چیز بر خلاف نظر آنها را دشوار کند. یکی از بهترین نمونه ها که به عنوان آزمون اندیشمندانه می بینی.
لیتوینیوک هم می گوید: من هیچ شکافی در مطالعه ندیدم.
از نظر خود پژوهشگران توسعه دستگاه آزمایشگاهی آنها کمک میکند چیزهای بیشتری بدانند. استینبرگ میگوید ما در حال مطالعه هستیم تا دیوار و سدی ضخیمتر بسازیم
به علاوه سوال جذابی هست که آیا سفر 0.61 میلی ثانیه ای با سرعت ثابت انجام می شود یا نه؟ بسیار جذاب خواهد بود که ببینیم آیا سرعت اتم ها ثابت است یا نه؟
https://bigthink.com/surprising-science/timing-quantum-tunneling?utm_term=Autofeed&utm_medium=Social&facebook=1&utm_source=Facebook#Echobox=1612934940@salmanfatemi