فیزیکدانان دو اتم را «در حال صحبت کردن با یکدیگر» گیر انداختند!

شکل ۱. مشاهده نحوه رفتار اسپین‌های اتمیمنتشر شده در gizmodoلینک منبع: Physicists Caught Two Atoms &amp;#x27;Talking&amp;#x27; to Each Otherگروهی از فیزیکدانان در هلند و آلمان اخیرا دسته‌ای از اتم‌های تیتانیوم را زیر میکروسکوپ تونل زنی قرار داده‌اند. این اتم‌ها در یک تعامل آرام و ثابت با یکدیگر از طریق جهت چرخش خود بودند. در یک شاهکار هوشمندانه، محققان توانستند یک جفت اتم را در خود جای دهند، یکی را با یک جریان الکتریکی به هم وصل کنند تا چرخش آن را برعکس کنند. سپس واکنش اتم مقابل را اندازه گرفتند.هنگامی که دو اتم دارای چرخش وابسته به هم باشند، به صورت نیمه درگیر در نظر گرفته می‌شوند. این درهم‌تنیدگی به این معنی است که رفتار یک اتم تاثیر مستقیمی بر دیگری دارد و نظریه می‌گوید این باید درست بماند حتی زمانی که آن‌ها با فواصل زیاد از هم جدا می‌شوند. در این مورد، اتم‌های تیتانیوم کمی بیش از یک نانومتر (یک میلیونیم میلیمتر) از هم فاصله داشتند، و به اندازه کافی نزدیک بودند که این دو ذره با یکدیگر تعامل داشته باشند، اما به اندازه کافی هم دور بودند که این تعامل را بتوان با ابزارهای تیم تشخیص داد.ساندر اوته، یک فیزیکدان کوانتوم در موسسه نانو سیدنس کاولی در دانشگاه تکنولوژی دلفت هلند گفت: « یافته اصلی این است که ما قادر به مشاهده نحوه رفتار اسپین‌های اتمی در طول زمان به عنوان نتیجه‌ای از تعامل متقابل آن‌ها بوده‌ایم.» اوته در ایمیلی توضیح داد که دانشمندان قبلا قادر به اندازه‌گیری قدرت اسپین‌های اتمی مختلف و تاثیر آن قدرت بر روی سطح انرژی اتم بوده‌اند. اما این آزمایش به آن‌ها اجازه داد تا آن تعامل را در طول زمان مشاهده کنند.یکی از امیدهای بزرگ فیزیک تجربی این است که روزی محققان قادر به شبیه‌سازی برهمکنش‌های کوانتومی به دلخواه خود، بهبود یک سیستم کوانتومی به گونه‌ای که آن‌ها تناسب و مشاهده نحوه عملکرد مکانیک کوانتومی را ببینند، خواهند بود. محققان در واقع این کار را کردند و یک کنش خاص را در یک اتم آغاز کردند و مشاهده کردند که اتم در همسایگی چگونه واکنش نشان داد.الا لاچمن، فیزیکدان کوانتوم در دانشگاه برکلی که در این مطالعه جدید شرکت نداشت، گفت: «این یک نمایش بسیار خوب از یک شبیه‌ساز کوانتوم بسیار ساده است.» "با کنترل موقعیت اتم‌ها، می‌توانیم از لحاظ نظری نمونه‌ای از یک شبکه یا هر سیستمی را که می‌خواهیم دینامیک آن را مطالعه کنیم، بسازیم."این تیم تصمیم گرفت با اتم‌های تیتانیوم کار کند چون آن‌ها گزینه‌های ممکن برای چرخش بالا یا پایین خود را دارند. اتم‌های تیتانیوم بر روی سطح اکسید منیزیم متصل شدند و آن‌ها را برای بازرسی در جای خود نگه داشتند. با توجه به این سطح، که در نزدیکی خلا در ۱ درجه کلوین یا ۴۵۷.۸۷- درجه فارنهایت نگهداری می‌شد، اتم‌ها را می توان به طور جداگانه توسط فیزیکدانان زیر نوک میکروسکوپ انتخاب کرد. سپس آن‌ها می‌توانند با قرار دادن یک اتم در یک جفت با یک پالس الکتریکی، اسپین اتم را معکوس کنند و یک واکنش فوری توسط همسایه خود ایجاد کنند. اوته گفت: این واکنش‌ها از طریق قوانین مکانیک کوانتوم قابل‌پیش‌بینی هستند. (اگر در بزنید و بگویید \"knock knock\ .، می‌توانید مطمئن باشید ذره بعدی پاسخ خواهد داد \"چه کسی آنجاست؟\") کل این فرایند حدود 15 نانو ثانیه یا 15 میلیاردیم ثانیه به طول انجامید.زمان و نبوغ نشان می‌دهند که آیا این یک نمایش آزمایشی جالب از یک مدل اسباب‌بازی است یا چیزی عمیق‌تر. پتانسیل وجود دارد.مطالعه مقاله فیزیک‌دانان به حل کردن کردن هرج‌و‌مرج «مشکل سه جسمی» نزدیک می‌شوند توصیه می‌‌‌‌شود.راه‌های دیگری برای خواندن در دنیای کوانتوم وجود دارد. دانشمندان می‌توانند فعل و انفعالات بین اتم‌ها را با تغییر دور یکی از آن‌ها جادو کنند، اما آن ارتباط درونی آنقدر سریع اتفاق می‌افتد که روش‌های معمول مشاهده، مانند تکنیک رزونانس چرخشی، نمی‌توانند آن را برداشت کنند. محققان کوانتوم اغلب از پالس‌های مایکروویو استفاده می‌کنند تا اتم‌ها را وادار به تغییر حالت کنند یا در غیر این صورت مکانیک کوانتومی را مشاهده کنند، اما این رویکرد پالس الکتریکی به تیم این توانایی را می‌دهد که بیش‌ترین دقیقه تعامل دقیقه به دقیقه را حس کند؛ معادل یک DM اتم به اتم.لوکاس ولدمن، یک فیزیکدان کوانتوم در موسسه نانو سیدنس کاولی در دانشگاه فن‌آوری دلفت در انتشار دلفت، گفت که روش‌هایی مانند تکنیک رزونانس اسپین «بسیار آهسته» هستند. شما به ندرت شروع به چرخاندن یکی از آن‌ها کرده‌اید قبل از این که دیگری شروع به چرخیدن کند. به این ترتیب هرگز نمی‌توانید بررسی کنید که با قرار دادن این دو چرخش در جهات مخالف چه اتفاقی می‌افتد.اوته گفت: جادوی واقعی این رشته از تحقیقات هنوز فرا نرسیده است. در حالی که این تشخیص بازتاب اسپین بین دو اتم را ترسیم می‌کند، وضعیت با هر اتمی که به معادله اضافه می‌کنید پیچیده‌تر می‌شود. شما می‌توانید به یک بازی تلفن فکر کنید که در آن شرکت کنندگان می‌توانند هر دو پیام را به همراه داشته باشند و در حالی که آن را به گونه‌ای که آمده، زمزمه می‌کنند.پیام‌هایی که از جهات مختلف می‌آیند، شروع به تلاقی و جمع‌آوری سخنان می‌کنند.ممکن است علاقه‌مند به مطالعه فیزیک‌دانان ازدحام فوتون‌های معلق را به‌صورت حرکت‌آهسته به تصویر کشیدند باشید.لاچمن گفت: « مانند همیشه، مدل‌های اسباب‌بازی خوب هستند، اما وقتی به آن‌ها پیچیدگی که واقعا می‌خواهیم را اضافه می‌کنیم، سوالات اندازه‌گیری و تفسیر آن‌ها پیچیده‌تر می‌شود.» آیا آن‌ها می‌توانند همین آزمایش را با سه اتم انجام دهند در حالی که فقط یک اتم را اندازه‌گیری می‌کنند؟ احتمالا بله، اما تفسیر اندازه‌گیری پیچیده‌تر می‌شود. ده اتم چطور؟ بیست؟ زمان و نبوغ نشان می‌دهند که آیا این یک نمایش آزمایشی جالب از یک مدل اسباب‌بازی یا چیزی عمیق‌تر است. پتانسیل وجود دارد.او همچنین بر چالش‌های خمش ذهنی فراتر رفتن از یک سیستم ساده دو اتم تاکید کرد. اگر ما به ۲۰ چرخش افزایش پیدا کنیم، لپ‌تاپ من دیگر نمی‌تواند آنچه را که اتفاق می‌افتد محاسبه کند. اوته گفت: « با ۵۰ دور، بهترین ابرکامپیوترها در دنیا تسلیم می‌شوند و به همین ترتیب...» "اگر ما بخواهیم به طور دقیق درک کنیم که رفتار پیچیده برخی از مواد چگونه است (یک مثال عالی ابررسانایی است)، باید مواد را از ابتدا بسازیم و ببینیم قوانین فیزیک وقتی از ۱۰ به ۱۰۰ به ۱۰۰۰ اتم افزایش می‌یابد، چگونه عمل می‌کنند." ابررسانایی به موادی اشاره دارد که می‌توانند الکتریسیته را با مقاومت صفر انتقال دهند، چیزی که اکنون در دماهای بسیار سرد امکان پذیر است. به همین دلیل است که توسعه ابررسانای دمای اتاق یک جام مقدس (هدف نهایی) فیزیک است. این مسئله کاملا جهان را تغییر خواهد داد.اما در این اعداد بزرگ‌تر است که کم‌کم متوجه جوایز نهایی می‌شوید. به جای گوش دادن به یک قلب اتمی، محققان در نهایت می‌توانستند زمزمه‌های مکالمات کوانتومی را با تعداد زیادی اتم که به عقب و جلو حرکت می‌کنند، بشنوند. البته ما به کامپیوترهای بهتری برای چنین چیزهای عجیب و غریب نیاز داریم، اما حتی کوچک‌ترین تعاملات نیز به عنوان آغازگر یک مکالمه بزرگ‌تر، اهمیت صمیمی خود را دارند.این متن با استفاده از ربات مترجم مقاله علم فیزیک ترجمه شده و به صورت محدود مورد بازبینی انسانی قرار گرفته است.در نتیجه می‌تواند دارای برخی اشکالات ترجمه باشد.مقالات لینک‌شده در این متن می‌توانند به صورت رایگان با استفاده از مقاله‌خوان ترجمیار به فارسی مطالعه شوند.