کشف حالت‌های گمشده کوانتومی پس از شصت سال
دانشمندان مؤسسه نیلز بور در دانشگاه کپنهاگ موفق شدند با ساخت سامانه‌ای خاص، حالت‌های کوانتومی‌ای را بازآفرینی کنند که از دهه ۱۹۶۰ تاکنون از دید آزمایشگاهی پنهان مانده بودند.
پژوهشگران مؤسسه نیلز بور در دانشگاه کپنهاگ دانمارک، موفق به ساخت ماده‌ای نوین شدند که امکان مطالعه حالت‌های کوانتومی‌ای را فراهم می‌کند که دهه‌ها از دسترس دانشمندان خارج مانده بودند.
به گزارش interestingengineering این حالت‌ها که نخستین‌بار در دهه ۱۹۶۰ مطرح شدند، در مقیاس‌های انرژی بسیار کوچکی قرار دارند که تشخیص آنها در آزمایش‌های مرسوم کوانتومی ممکن نبود. با این حال، تیم تحقیقاتی دانمارکی با بازآفرینی شرایط فیزیکی مرتبط، موفق شد به‌طور غیرمستقیم این حالت‌ها را مشاهده و مطالعه کند.
اهمیت فیزیک کوانتومی و چالش‌های آن
فیزیک کوانتومی به دلیل ویژگی‌های ضد شهودی و پیچیده‌اش، همواره موضوعی جذاب برای بزرگ‌ترین ذهن‌های علمی جهان بوده است. اثبات مفاهیم کوانتومی نیازمند ریاضیات پیشرفته و فناوری‌های بسیار دقیق است. این شاخه از علم نه‌تنها برای درک عمیق‌تر از ساختار جهان ضروری است، بلکه نقشی کلیدی در توسعه فناوری‌های نوین مانند رایانش کوانتومی و حسگر‌های فوق‌حساس دارد.
همچنین بخوانید: چگونه هوش مصنوعی، سواد ریاضی را ضعیف می‌کند؟
حالت‌های کوانتومی در گردابه‌های ابررسانا
موضوع اصلی این تحقیق، مطالعه رفتار حالت‌های کوانتومی درون گردابه‌های ابررساناست؛ ساختار‌هایی که در مواد ابررسانا ایجاد می‌شوند و می‌توانند حامل جریان‌های بسیار زیاد الکتریکی باشند. کنترل این گردابه‌ها می‌تواند دریچه‌ای نو به خواص ناشناخته ابررسانا‌ها بگشاید. با این حال، از آنجا که حالت‌های کوانتومی مورد نظر در محدوده‌های بسیار کوچکی از انرژی قرار دارند، تاکنون از دسترس آزمایشگاه‌ها خارج بودند.
بازآفرینی شرایط فیزیکی در مقیاسی بزرگ‌تر
تیم پژوهشی به رهبری ساولیوس وایتیکناس رویکردی خلاقانه در پیش گرفت و تصمیم گرفت به‌جای جست‌و‌جو در مقیاس‌های بسیار کوچک، فیزیک پدیده را در شرایط قابل کنترل بازآفرینی کند. آنها یک استوانه کوچک ابررسانا ساختند و با اعمال شار مغناطیسی، شرایط لازم برای شکل‌گیری این حالت‌ها را در مقیاسی بزرگ‌تر فراهم کردند. در این سامانه جدید، ویژگی‌های نیمه‌هادی درون نانو‌سیم‌های ابررسانا به‌صورت گردابه‌های کوانتومی بروز پیدا کردند.
وایتیکناس در بیانیه‌ای مطبوعاتی عنوان کرد: «این سامانه به ما اجازه می‌دهد همان حالت‌های کوانتومی را، اما در شرایطی مطابق با طراحی خودمان بررسی کنیم. در واقع، ما قوانین بازی را خودمان تعیین می‌کنیم.»
وی افزود: «این حالت‌ها را به‌صورت تصادفی کشف کردیم، مانند بسیاری از اکتشافات علمی دیگر. اما وقتی متوجه شدیم چه چیزی را یافته‌ایم، دریافتیم با پدیده‌ای فراتر از یک کنجکاوی ساده روبه‌رو هستیم.»
شبیه‌ساز‌های کوانتومی و طراحی مواد نوین
با شدت گرفتن رقابت در حوزه شناخت بهتر حالت‌های کوانتومی، این روش نوین بستری قدرتمند برای مطالعات بیشتر فراهم می‌کند.
به گفته محققان این سامانه نه‌تنها امکان بررسی دقیق‌تر پدیده‌های کوانتومی را ممکن می‌سازد، بلکه می‌توان از آن به‌عنوان شالوده‌ای برای ساخت شبیه‌ساز‌های ترکیبی کوانتومی بهره گرفت؛ ابزار‌هایی که برای طراحی و مطالعه مواد پیشرفته آینده کاربرد خواهند داشت.
منبع: برنا
