يمكن أن تكشف البلورة الكمومية عن هوية المادة المظلمة

بالعربي/ قد تساعد أيونات البريليوم في البحث عن المادة المظلمة.

باستخدام خاصية غريبة في ميكانيكا الكم ، ابتكر الباحثون بلورة بيريليوم قادرة على اكتشاف المجالات الكهرومغناطيسية الضعيفة بشكل لا يصدق. يمكن استخدام هذا العمل يومًا ما للكشف عن جسيمات المادة المظلمة الافتراضية التي تسمى الأكسيونات. 

ابتكر الباحثون بلورتهم الكمومية عن طريق محاصرة 150 جسيمًا أو أيونات البريليوم المشحونة باستخدام نظام من الأقطاب الكهربائية والمجالات المغناطيسية التي ساعدت في التغلب على التنافر الطبيعي لبعضها البعض ، آنا ماريا راي ، عالمة الفيزياء الذرية في JILA ، وهو معهد مشترك بين المعهد الوطني لـ المعايير والتكنولوجيا وجامعة كولورادو بولدر ، لـ Live Science. 

عندما حاصرت راي وزملاؤها الأيونات بنظام الحقول والأقطاب الكهربائية ، تجمعت الذرات ذاتيًا في صفيحة مسطحة تبلغ سماكة ضعف سماكة شعرة الإنسان. كانت هذه المجموعة المنظمة تشبه البلورة التي تهتز عندما تزعجها قوة خارجية. 

قال راي: “عندما تثير الذرات ، فإنها لا تتحرك منفردة”. “إنهم يتحركون ككل”.

عندما واجهت “بلورة” البريليوم مجالًا كهرومغناطيسيًا ، تحركت استجابة لذلك ، ويمكن ترجمة هذه الحركة إلى قياس لشدة المجال.

لكن قياسات أي نظام ميكانيكي كمي تخضع لقيود وضعها مبدأ عدم اليقين هايزنبرغ ، والذي ينص على أن خصائص معينة للجسيم ، مثل موقعه وزخمه ، لا يمكن أن تُعرف في نفس الوقت بدقة عالية. 

اكتشف الفريق طريقة للالتفاف حول هذا الحد بالتشابك ، حيث ترتبط سمات الجسيمات الكمومية ببعضها البعض بطبيعتها. 

قال راي: “باستخدام التشابك ، يمكننا أن نشعر بأشياء غير ممكنة بخلاف ذلك”.

في هذه الحالة ، تشابكت هي وزملاؤها حركات أيونات البريليوم مع دورانها. تشبه الأنظمة الكمية قممًا صغيرة ويصف الدوران الاتجاه ، لنقل لأعلى أو لأسفل ، الذي تشير إليه تلك القمم. 

عندما تهتز البلورة ، فإنها ستتحرك بمقدار معين. ولكن بسبب مبدأ عدم اليقين ، فإن أي قياس لهذا الإزاحة ، أو الكمية التي تتحرك بها الأيونات ، سيخضع لحدود الدقة ويحتوي على الكثير مما يُعرف بالضوضاء الكمومية ، كما قال راي. 

وقالت إنه لقياس الإزاحة ، “نحتاج إلى إزاحة أكبر من الضوضاء الكمية”. 

يؤدي التشابك بين حركات الأيونات ودوراتها إلى انتشار هذه الضوضاء ، مما يقللها ويسمح للباحثين بقياس التقلبات بالغة الصغر في البلورة. اختبروا النظام بإرسال موجة كهرومغناطيسية ضعيفة خلاله ورؤيتها يهتز. تم وصف العمل في 6 أغسطس في مجلة Science . 

تعد البلورة بالفعل أكثر حساسية 10 مرات في اكتشاف الإشارات الكهرومغناطيسية الصغيرة مقارنة بأجهزة الاستشعار الكمومية السابقة. لكن يعتقد الفريق أنه مع المزيد من أيونات البريليوم ، يمكنهم إنشاء كاشف أكثر حساسية قادرًا على البحث عن الأكسيونات.المحتوى ذي الصلة

الأكسيونات هي جسيمات مادة مظلمة خفيفة للغاية تحتوي على جزء من المليون أو المليار من كتلة الإلكترون. تشير بعض نماذج الأكسيون إلى أنه قد يكون قادرًا في بعض الأحيان على التحول إلى فوتون ، وفي هذه الحالة لن يكون مظلمًا بعد الآن وسينتج مجالًا كهرومغناطيسيًا ضعيفًا. إذا كانت أي أكسيونات تطير عبر مختبر يحتوي على بلورة البريليوم ، فقد تلتقط البلورة وجودها. 

قال دانيال كارني ، الفيزيائي النظري في مختبر لورانس بيركلي الوطني في بيركلي ، كاليفورنيا ، والذي لم يشارك في البحث ، لموقع Live Science: “أعتقد أنها نتيجة جميلة وتجربة رائعة”. 

إلى جانب المساعدة في البحث عن المادة المظلمة ، يعتقد كارني أن العمل يمكن أن يجد العديد من التطبيقات ، مثل البحث عن المجالات الكهرومغناطيسية الشاردة من الأسلاك في المختبر أو البحث عن عيوب في مادة ما.

المصدر/ livescience.comالمترجم/barabic.com