اولین مورد قابل توجه دیگری در فیزیک کوانتومی برای گزارش وجود دارد، و همه چیز در مورد اسپین الکترون است: مغناطیس ریز و درونی این ذرات، گویی هر کدام یک سوزن قطب نمای میکروسکوپی را حمل می کنند.
قبلاً ثابت شده بود که قدرت این اسپین ها فقط برای فشار دادن اتم های منفرد به یک جهت یا جهت دیگر کافی است. با این حال، اکنون محققان موفق شده اند چیزی بسیار بسیار بزرگتر را از بین ببرند.
تیمی از مؤسسه علم و فناوری اوکیناوا (OIST) در ژاپن مطالعه جدیدی را در این مقاله منتشر کرد پیشرفت علمی که توضیح می دهد چگونه یک جسم به اندازه سانتی متر را می توان توسط این نیروهای کوانتومی تکان داد.
این یک گام مهم رو به جلو برای علم در مرز بین کوانتومی (مقیاس های بسیار کوچک) و کلاسیک (هر چیز دیگری) است. مهمتر از همه، این آزمایش با جسمی سر و کار دارد که به اندازه کافی بزرگ است که در معرض گرانش قرار گیرد، نیرویی بنیادی که همیشه با نظریه های فیزیک کوانتوم موافق نبوده است.
جیسون تومولی، فیزیکدان نظری، می‌گوید: «تلاش‌های زیادی برای آزمایش اینکه آیا مکانیک کوانتومی برای هر چیزی بزرگتر از چند ده نانومتر معتبر است یا خیر، انجام شده است، اما تاکنون موفقیت‌آمیز نبوده است».
ما اکنون یک واکنش مکانیکی کلاسیک به یک نیروی کوانتومی روی جسمی را مشاهده کرده‌ایم که هشت تا نه مرتبه بزرگتر از آزمایش‌های مکانیکی اسپینی کنونی است.»
محققان چندین گزینه طراحی آزمایشی هوشمندانه را با هم ترکیب کردند تا به نتایج خود دست یابند، که با این جسم به اندازه سانتی متر شروع شد: یک صفحه گرافیتی که روی صفحه شطرنجی از آهنربا قرار داده شده است که آن را معلق می کند.
از این صفحه یک الماس 3 میلی‌متری با نقص‌های اتمی خاص به نام مراکز خالی نیتروژن (NV) آویزان بود. این نقص‌ها به الکترون‌های الماس اسپین‌های قابل کنترلی می‌دهند که سپس توسط نور لیزر دستکاری می‌شوند. سپس از آهنربای دیگری برای تبدیل این چرخش ها به حرکت استفاده شد.
کل مجموعه حدود 128 میلی گرم وزن داشت (این فقط چند دانه برنج است) و حدود 100 نانومتر – تقریباً یک هزارم موی انسان – فشار داده شد. زیاد نیست، اما کافی است.
Daehee Kim فیزیکدان می گوید: «الماس NV به خوبی درک شده و کنترل آن آسان است.
این و این واقعیت که مراکز NV دارای برخی از طولانی‌ترین زمان‌های انسجام شناخته شده هستند، به آنها اجازه می‌دهد تا برهم نهی کوانتومی را در دمای اتاق بسیار طولانی‌تر از سایر سیستم‌ها حفظ کنند، آنها را برای ایجاد حرکت ماکروسکوپی یا برهم نهی شی در مطالعات آینده جذاب می‌کند.
وقتی نوبت به آشتی دادن جرم (مثلاً اثر گرانش روی یک سیاره) با زیراتمی و کوانتومی می رسد، دانشمندان اغلب سعی می کنند از کوچک شروع کنند و سپس به سمت بالا حرکت کنند. در اینجا، تیم تحقیقاتی رویکرد مخالف را در پیش گرفت: ساختار آنها به اندازه یک سیاره نبود، اما از نظر کوانتومی بسیار بزرگ بود.
آنشومان نایاک، فیزیکدان می گوید: «ما در اردوگاه مقابل هستیم — از بزرگ به کوچک می رویم.
همانطور که شناور دیامغناطیسی می‌تواند قطارهای مگلو را بالا ببرد، می‌تواند برای معلق کردن اجسام با عرض یک سانتی‌متر که الماس‌ها را نگه می‌دارند نیز استفاده شود، جایی که اثر گرانش می‌تواند بسیار قوی باشد، اما اثرات کوانتومی مشاهده نشده است.
همانطور که اغلب در مورد تحقیقات کوانتومی اتفاق می افتد، برای ما که فیزیکدان نیستیم، ممکن است این امر بسیار باطنی و دور به نظر برسد، اما رسیدن به نقاط عطف مانند این به ما کمک می کند به برخی از عمیق ترین سؤالات در مورد جهان پاسخ دهیم – از جمله اینکه آیا گرانش از قوانین کوانتومی پیروی می کند یا نه.
شایان ذکر است که حرکت در اینجا کلاسیک بود – آنچه مهم است اثر کوانتومی است که حرکت را به حرکت در می آورد. محققان همچنین امیدوارند که رویکرد آنها بتواند به قرار دادن اجسام بزرگتر در حالت های کوانتومی، مانند برهم نهی، که در آن به طور موثر دو حالت را همزمان اشغال می کند، کمک کند.
تواملی می گوید: «ما یک پاسخ کلاسیک بزرگ از یک اثر کوانتومی کوچک نشان دادیم. سوال دیگر این نیست که آیا چنین فناوری امکان پذیر است، بلکه این است که چگونه می توانیم شرایط تجربی را برای دستیابی به برهم نهی کوانتومی در رژیم نظریه نسبیت عام انیشتین اصلاح کنیم.
ما میله را از نانومتر به سانتی‌متر فشار می‌دهیم. تنها چیزی که نیاز داریم، مرتبه دیگری از بزرگی است و در نهایت می‌توانیم گربه شرودینگر را در زندگی واقعی مشاهده کنیم.»
این مطالعه در منتشر شد پیشرفت علمی.
این مقاله توسط فیونا مک دونالد تصحیح و توسط فیونا مک دونالد ویرایش شده است. در حالی که ما به روند خود افتخار می کنیم، ما فقط انسان هستیم. اگر خطایی را مشاهده کردید، لطفاً به ما اطلاع دهید.
