اصل عدم قطعیت هایزنبرگ یکی از جنجالی‌ترین مفاهیم کوانتومی است و همانگونه که از نامش پیداست قطعیت را از فیزیک ربوده است. این اصل باعث می‌شود تا دقت اندازه‌گیری‌ها در سطح کوانتومی، چالش‌برانگیز باشد. حالا دانشمندان به کمک یک ابر اتمی موفق به خنثی کردن اصل عدم قطعیت هایزنبرگ شده‌اند. نتیجه این پژوهش در شماره این هفته‌ی مجله Nature منتشر شده است. با دیپ‌لوک همراه باشید…

ابر هوشمند اتمی، مسئله مشاهده هایزنبرگ را حل می­‌کند

دانشمندان دانشگاه کپنهاگ، پاسخی عملی برای یک مسئله چالشی که به اصل عدم قطعیت هایزنبرگ مربوط می‌شود، توسعه داده‌اند. محققان از نور لیزر برای پیوند زدن اتم‌های سزیم و یک غشاء مرتعش استفاده کرده‌اند. این پژوهش در نگاه اول، دقت بی‌نظیر حسگرها را در اندازه‌گیری حرکت نشان می‌دهد. وقتی ساختار اتم‌ها یا انتشار نور در سطوح کوانتومی به‌وسیله میکروسکوپ‌های پیشرفته یا سایر ادوات مخصوص بررسی می‌شوند، بسیاری از اجزای آزمایش، تحت تاثیر قرار می‌گیرند و قابل اندازه‌گیری نخواهند بود (مسئله اندازه‌ گیری در مکانیک کوانتومی). این مسئله که با عدم دقت سر و کار دارد و دقت آزمایش‌های معینی در سطح کوانتومی را لکه‌دار می‌کند، با اصل عدم قطعیت هایزنبرگ توضیح داده می‌شود. اصل عدم قطعیت هایزنبرگ بیان می‌کند که متغیرهای مکمل یک ذره، مانند سرعت و مکان، هرگز نمی‌توانند بصورت همزمان اندازه‌گیری و تعیین شوند. حالا محققان NBI نشان داده‌اند اصل عدم قطعیت هایزنبرگ می‌تواند در بعضی درجات آزادی، خنثی شود. این یافته‌ی جدید و نتایج حاصل از آن می‌تواند منجر به توسعه ابزارهای اندازه‌گیری و همچنین حسگرهای جدید و بهتر شود.

نور اشیاء را پس می‌زند

اصل عدم قطعیت هنگام مشاهده توسط میکروسکوپی که با نور لیزر کار می‌کند، ظاهر می‌شود که در نتیجه منجر به پس زدن اشیا بوسیله فوتون‌ها می‌شود. سپس اشیا، مجبور به حرکت در جهت‌های تصادفی می‌شوند. این پدیده تحت عنوان quantum back action (یا به اختصار QBA) شناخته می‌شود. این حرکت‌های تصادفی، باعث محدودیت دقت اندازه‌گیری‌ها در سطوح کوانتومی می‌شوند. دانشمندن در این پژوهش از یک پوسته یا غشای سفارشی به‌عنوان جسم مشاهده شده در سطح کوانتومی استفاده کردند.

در دهه‌های اخیر، دانشمندان تلاش کرده‌اند راهی بیابند که اصل عدم قطعیت هایزنبرگ را فریب دهند. دانشمندان دانشگاه کپنهاگ، چندسالی است که روی ایده ابر اتمی پیشرفته کار کرده‌اند. ابر اتمی پیشرفته شامل صد میلیون اتم سزیم است که در یک سلول شیشه‌ای محکم بسته شده، حبس شده‌اند. رهبر این پروژه می‌گوید:

 این سلول فقط یک سانتی‌متر طول، یک‌سوم میلی‌متر ارتفاع و یک‌سوم میلی‌متر عرض دارد و برای اینکه اتم‌ها به شکل هدفمند عمل کنند، جداره داخلی سلول با پارافین پوشیده شده است. پوسته‌ای که حرکاتش را در سطوح کوانتومی مشاهده می‌کنیم، نیم‌ میلی‌متر را اندازه‌گیری می‌کند که از لحاظ کوانتومی مقدار قابل توجهی است

ایده‌ای که پشت سلول شیشه‌ای قرار دارد، به اینصورت است که نور لیزر را ارسال کرده و قبل از رسیدن نور به پوسته، از آن برای مطالعه حرکت پوسته از طریق ابر اتمی استفاده کنیم. آنها می‌گویند:

 این کار باعث می‌شود فوتون‌های لیزر، شی (یعنی پوسته) را مانند ابر اتمی پس بزنند و این پس زدن‌ها اثر یکدیگر را خنثی می‌کنند

این بدان معنی است که دیگر هیچ QBA وجود ندارد و در نتیجه، محدودیت دقت اندازه گیری در سطوح کوانتومی وجود نخواهد داشت.

چگونه از این پدیده استفاده کنیم؟

این پژوهش می‌تواند منجر به توسعه‌ی انواع جدید و پیشرفته‌تر حسگرهای حرکتی شود. امروزه حسگرهایی که در سطوح کوانتومی عمل می‌کنند، توجه زیادی را به خود جلب کرده‌ اند. دور زدن اصل عدم قطعیت هایزنبرگ می‌تواند باعث اثبات موضوعات مهمی در روابط ریاضی امواج گرانشی (امواجی که در فضا با سرعت نور حرکت می‌کنند) شود. در سپتامبر سال ۲۰۱۵، موسسه تحقیقاتی LIGO برای اولین بار ثبت و اندازه‌گیری امواج گرانشی را گزارش کرد که ناشی از برخورد دو سیاه‌چاله بسیار بزرگ بود،اما تجهیزاتی که توسط LIGO استفاده شد، تحت تاثیر پدیده QBA قرار داشتند و این پژوهش جدید می‌تواند این مشکل را حذف کند.

(برگرفته از:Phys.org). مقاله اصلی را در زیر مشاهده کنید:

[gview file=”http://www.deeplook.ir/wp-content/uploads/2017/07/10.1038@nature22980.pdf”]