يبني معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا كاشفًا للمادة المظلمة يسافر عبر الزمن يمكن أن ينقذ إرث أينشتاين
نشر فريق من الفيزيائيين في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا مؤخرًا ورقة بحثية مذهلة توضح بالتفصيل جهودهم الناجحة في استخدام التشابك و “انعكاس الوقت الكمي” لإنشاء أجهزة استشعار قادرة على إجراء قياسات عميقة بشكل لا يصدق.
يبدو هذا كمصطلحات علمية كثيرة، لكن جوهر الأمر هو أن هذا قد يؤدي إلى “ كاشف المادة المظلمة ” الشرعي، وهذا شيء يمكن أن يحدث ثورة في فهم البشرية لكل شيء حرفيًا.
في المقدمة: الفيزياء هدف متحرك. نظرًا لأننا مثل الأسماك داخل حوض مائي، فإننا لا نعرف من أين أتت المياه التي نسبح فيها أو ما يكمن وراء الصور الباهتة على حافة أفقنا المكسو بألواح زجاجية.
من أجل محاولة تحديد واقعنا، نستخدم الطريقة العلمية والخيال البشري والكثير من الرياضيات. لكن في النهاية، فإن أي نظرية معينة تكون جيدة بقدر قدرتها على العمل مع النظريات التكميلية.
أمضى ألبرت أينشتاين، على سبيل المثال، وقتًا طويلاً في التوفيق بين نظرياته حول الجاذبية ونظريات إسحاق نيوتن.
في العصر الحديث، يواصل الفيزيائيون عمل أينشتاين من خلال محاولة التوفيق بين وجهات نظره حول الفيزياء الكلاسيكية والاكتشافات الحديثة المتعلقة بميكانيكا الكم.
لكن هناك مشكلة. إذا حطمنا كل النظريات الرائدة معًا، فسننتهي بصورة غير كاملة. إما أن الغالبية العظمى من الكون مكونة من شيء لم نكتشف كيفية مراقبته أو قياسه، أو أن أينشتاين كان مخطئًا.
وقد أُطلق على هذا “الشيء” المفقود اسم “المادة المظلمة”، ويمكن القول إن النظرية المحيطة به هي النظرية الأكثر قبولًا حول تكوين الكون في الفيزياء الحديثة.
الخلفية: الهدف من بحث معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا هو بناء ساعة ذرية أكثر دقة وتمهيد الطريق لاستشعار كمي أفضل.
تشمل التطبيقات المحتملة أجهزة الاستشعار الكمومية التي تعمل بنطاق ترددي محدود، والمبدأ الذي نعرضه قد يؤدي أيضًا إلى تطوير مجالات مثل هندسة الكم والقياسات الكمومية والبحث عن فيزياء جديدة باستخدام ساعات ذرية انتقالية بصرية.
لكن دفع حدود القياس الكمي ليس بالمهمة السهلة. المستشعرات التي نتحدث عنها مصممة لقياس الاهتزازات الدقيقة التي تحدث داخل الذرات الفردية.
كلما تمكنا من قياس هذه الاهتزازات بدقة، زادت المعلومات التي يمكننا جمعها عن الكون.
وفقًا لبيان صحفي صادر عن معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا:
نوع معين من الذرات يهتز بتردد معين وثابت، إذا تم قياسه بشكل صحيح، يمكن أن يكون بمثابة بندول دقيق للغاية … ولكن على مقياس ذرة واحدة، تسود قوانين ميكانيكا الكم، ويتغير اهتزاز الذرة مثل وجه عملة في كل مرة يتم قلبها.
من حيث الجوهر، من الصعب جدًا إجراء قياسات كمومية لأن عالم الكم لا يخضع لقوانين الفيزياء الكلاسيكية.
أعمق قليلاً: تخيل أنك تقلب عملة معدنية وتلتقط صورة لها وهي لا تزال في الهواء. في الصورة، تكون العملة أفقية تمامًا، لذا لا توجد طريقة لك لتحديد ما إذا كان من المرجح أن تهبط في النهاية على الوجه أو الذيل.
في العالم الكلاسيكي، يمكنك فقط انتظار وصول العملة المعدنية إلى الأرض. من أجل قياس النتائج، كل ما عليك فعله هو النظر إلى أسفل. وطالما أنه لا يوجد شيء يزعج العملة، يمكنك أن تأخذ كل الوقت الذي تريده.
لكن عالم الكم يعمل بشكل مختلف قليلاً. تخيل أنك رميت العملة في الهواء والتقطت نفس الصورة، ولكن قبل أن تتمكن عيناك من تسجيل حركة العملة في الهواء، تعيد ضبط نفسها ولا يمكنك تحديد ما هبطت عليه.
ولأن هذا هو المجال الأكثر إثارة للسخرية في الدراسة العلمية، فإن الطبيعة الغريبة لفيزياء الكم هي المشكلة والحل في نفس الوقت.
نظرًا لأن العملة تختبر “التذبذب الكمي” بسرعة كبيرة للغاية بحيث يتعذر على العلماء مراقبتها بدقة، فقد كان عليهم التوصل إلى طريقة لشراء بعض الوقت.
لسوء الحظ، هناك قاعدة تسمى ” حد الكم القياسي ” والتي تقول أساسًا أن الأدوات التي يستخدمها الفيزيائيون لقياس الاهتزازات الكمومية قد اكتسبت أفضل ما يمكن أن يكون في الوقت الحالي.
حل أحمق: إذا لم تتمكن من صنع أدوات قياس أفضل، فاستخدم ميكانيكا الكم لزيادة الإشارة التي تقيسها.
استخدم باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا التشابك الكمي وانعكاس الوقت الكمي لتضخيم الإشارة والسماح بإجراء المزيد من القياسات أثناء تجربة معينة.
بحسب البيان الصحفي:
استخدم الفريق نظامًا من الليزر لاحتجاز الذرات، ثم أرسل ضوءًا “متشابكًا” ذي لون أزرق، مما أجبر الذرات على التأرجح في حالة مترابطة.
لقد تركوا الذرات المتشابكة تتطور إلى الأمام مع مرور الوقت، ثم قاموا بتعريضهم لمجال مغناطيسي صغير، مما أدى إلى تغيير كمي ضئيل، مما أدى إلى تغيير طفيف في التذبذبات الجماعية للذرات.
سيكون من المستحيل اكتشاف مثل هذا التحول باستخدام أدوات القياس الحالية.
بدلاً من ذلك، طبق الفريق انعكاس الوقت لتعزيز هذه الإشارة الكمومية. للقيام بذلك، أرسلوا ليزرًا آخر أحمر اللون يحفز الذرات على فك التشابك، كما لو كانت تتطور إلى الوراء في الوقت المناسب.
في الأساس، هذا يعني أن الباحثين ألقوا عملتين في الهواء في وقت واحد واستخدموا “التشابك الكمي” لإجبارهم على الدخول في نموذج حيث يحدث أي شيء يحدث لأحدهما للآخر أيضًا.
ثم استخدم العلماء مجالًا مغناطيسيًا لصد العملات المعدنية بحيث يتحول دورانها، مما يعكس الوقت بشكل أساسي ويسمح لهم بإجراء قياسات في اتجاهين زمنيين.
الأمر أكثر تعقيدًا قليلاً من ذلك عندما يتعلق الأمر بالذرات الفعلية، لكن تشبيه العملة يمسك الجوهر.
Neural’s Take: هذا رائع! اكتشف العلماء كيفية اضطراب الذرات بحيث تهتز بقوة كافية لنكتشفها. في الخارج، قد تسمح لنا القدرة على اكتشاف هذا المستوى من الاضطراب “بقياس” حقول الجاذبية المخفية.
وهذا يعني أن هذه التقنيات يمكن أن تؤدي بشكل شرعي إلى كاشف كامل للمادة المظلمة.
من الناحية النظرية، يجب أن تكون جسيمات المادة المظلمة موجودة في كل مكان في الكون. يمكن أن يكونوا قد ارتدوا منك (أو ربما يطيرون من خلالك؟) أثناء قراءة هذا المقال.
إذا تمكن العلماء من دفع حدود الاستشعار الكمي إلى درجة تمكنهم من اكتشاف التغييرات الصغيرة في الاهتزاز الذري الذي يحدث عندما يتفاعل جسيم المادة المظلمة مع ذرة عادية، فقد نؤكد أخيرًا نظريات أينشتاين.
المصدر: thenextweb
شاهد أيضا:
