تجميد الحركة الكمومية بدون تبريد: اختراق في الفيزياء الكمومية

تجميد الحركة الكمومية بدون تبريد – وهو إنجاز كان يُعتقد سابقاً أنه مستحيل – تم تحقيقه الآن بواسطة باحثين من ETH زيورخ و TU فيينا. يُظهر هذا الاختراق أن الجسيمات النانوية يمكن أن تصل إلى حالة أرضية كمومية تقريباً في اهتزازاتها الدورانية دون خفض درجة حرارتها الإجمالية، مما يفتح آفاقاً جديدة لتطبيقات تكنولوجيا الكم.

فهم كيفية تجميد الحركة الكمومية بدون تبريد

في الفيزياء الكلاسيكية، يمكن للذبذبات أن تأخذ أي شكل. لكن في ميكانيكا الكم، يُسمح فقط بكمّيات اهتزاز محددة. هذا يعني أن الجسيم النانوي يمكن أن يكون له ”حالة أرضية“ و ”حالة إثارة أولى،“ وليس هناك حالات بينهما.
تقليدياً، لجعل هذه الحالات الكمومية مرئية، كان يجب تبريد الجسيمات إلى ما يقرب من الصفر المطلق. والآن، وجد الباحثون طريقة لتحقيق هذا التحكم الكمومي في درجة حرارة الغرفة.

التجربة التي جعلت ذلك ممكناً

باستخدام جسيمات نانوية إهليلجية الشكل قليلاً محفوظة في مجالات كهرومغناطيسية، تمكن العلماء من التحكم في الاهتزازات الدورانية.

أنظمة الليزر والتحكم الكمومي

تم استخدام نظام من أشعة الليزر والمرايا لإزالة الطاقة بشكل انتقائي من دوران الجسيم، مما أدى فعلياً إلى تجميد الحركة الكمومية دون تبريد الجسيم النانوي بأكمله.

نقاء كمومي قياسي بدون تبريد

حققت التقنية نقاءً كمومياً شبه مثالي في دوران الجسيم بينما ظل الجسيم نفسه ساخناً بعدة مئات من الدرجات. تسمح هذه الطريقة بإجراء دراسات مستقرة وموثوقة للسلوك الكمومي في أجسام أكبر دون الحاجة إلى إعدادات التبريد القاسية.

تداعيات البحث الكمومي المستقبلي

يدفع هذا الإنجاز حدود ما هو ممكن في الفيزياء الكمومية. إن القدرة على تجميد الحركة الكمومية بدون تبريد يمكن أن تؤدي إلى تجارب كمومية أكثر عملية وقابلية للتطبيق، مما يؤثر على مجالات من الحوسبة الكمومية إلى القياس الدقيق.

اقرأ: الحياة بدون ضوء الشمس: كسور الزلازل تغذي الميكروبات العميقة تحت الأرض.