ذرات تمر بشكل متزامن من خلال الجدار

يبقي Absto keepsung الجزيئات معًا عند حفر الأنفاق

"مربع البيض" من الضوء مع الذرات ، جامعة ولاية أوهايو
قراءة بصوت عال

في الفيزياء الكمومية ، يمكن أن تمر الذرات عبر الجدران. حقيقة أن هذا ما يسمى "النفق" يحدث حتى لو كان هناك جزيئان مثيران للاشمئزاز على جانبي هذا الجدار هو شيء أظهره الفيزيائيون الآن لأول مرة في التجارب. في كتاب "الطبيعة" ، ذكروا أن الذرات مرتبطة ببعضها بشكل وثيق لدرجة أنها لا تنفق إلا معًا.

تقول نظرية الميكانيكا الكمومية إن هاتين الذرتين لا يمكنهما أن ينفقا بمفردهما ، ولكن فقط معًا كزوج ، على الرغم من صدهما لبعضهما البعض. "للمرة الأولى في تجربتنا ، يمكننا الآن رؤية هذه العملية مباشرة" ، يوضح سايمون فولينج من مجموعة فيزياء الكم ، الذرية والنيوترونية في جامعة يوهانس غوتنبرغ ماينز. تبحث المجموعة حول البروفيسور إيمانويل بلوخ عن عمليات النفق هذه باستخدام ذرات فائقة البرودة محاصرة في الستائر الخفيفة. الهدف هو فهم العمليات في المواد البلورية الحقيقية بشكل أفضل ، مثل المغناطيسية.

ذرات فائقة البرودة في علبة البيض

إنها إحدى الخصائص المميزة لميكانيكا الكم التي لا تتوقف الجزيئات المهمة عن طريق حاجز لا يمكن اختراقه بالفعل ، ولكنها يمكن أن تحدث. يتم التحقيق في العملية المعروفة باسم "حفر الأنفاق" في ولاية ماينز بمساعدة غازات الكم فائقة السرعة ، والتي يتم الاحتفاظ بها في شبكة خفيفة عند درجة حرارة الصفر المطلقة عند حوالي 273 درجة مئوية تحت الصفر. وقال فولينغ: "يمكن للمرء أن يتخيل أنه في الشبكة الخفيفة ، توجد كل ذرة في موقع شبكي معين مثل البيضة في صندوق البيض".

وفقا لأفكار الفيزياء الكلاسيكية ، ستكون الذرات غير متحركة في أماكنها. على النقيض من ذلك ، وفقًا لمبادئ ميكانيكا الكم ، يمكنهم عبور حاجز الضوء من جانب إلى آخر. وللتحقق من هذا التأثير بشكل أكثر دقة ، قام علماء فيزياء ماينز الكمومية ببناء "صندوق بيض" معدّل للضوء ، يكون فيه نفق كل مكان ممكنًا فقط لواحد من الأماكن المجاورة في الشبكة. والنتيجة هي "مصيدة الكأس المزدوجة" حيث يمكن للذرة الواحدة الانتقال ذهابًا وإيابًا بين المربعين عبر الأنفاق والقيام بذلك إلى ما لا نهاية ، نظرًا لعدم إبطاء الاحتكاك.

أنفاق في "وعاء مزدوج"

ولكن الاهتمام الحقيقي للباحثين يكمن في مراقبة الذرات المتفاعلة. لهذا الغرض ، وضعوا بالضبط اثنين من الذرات ، والتي صد بعضها البعض ، على جانب واحد من وعاء مزدوج. اعتمادا على مدى قوة تفاعل هاتين الذرتين ، هناك الآن طريقتان تتصرفان به. في الحالة الأولى ، تم تصميم التجربة بحيث يكون التنافر صغيرًا ومعدل النفق ، أي أن التردد الذي يمكن أن تتحرك به الذرات من جانب واحد من الحاجز إلى الجانب الآخر مرتفع. هنا يمكن أن نرى أن ذرتين نفق في وقت واحد أو على التوالي من اليسار إلى اليمين والظهر. عرض

في الحالة الثانية ، يكون التفاعل بين الذرتين أقوى ومعدل النفق أصغر أو حاجز النفق أعلى. "الآن يحدث شيء مدهش: هناك انتعاش قوي بين الذرتين ، ويتوقع المرء بحدسي أن يقيموا أنفسهم بشكل فردي على الساحات على يسار ويمين الجدار. وسيكون هذا أيضا حالتها المفضلة. في الحقيقة ، لوحظ أن الذرات لا تنفصل ولا تنفق بشكل فردي. يقول فلينغ: "إن كان بإمكانهم المرور عبر الجدار معًا". تحدث هذه الظاهرة لأنه سيتم إطلاق الطاقة في حالة الفصل بين الزوج الذري ، والذي ، مع ذلك ، لا يمكن "التخلص منه" بسبب عدم وجود خسائر الاحتكاك. وفقًا لقانون الحفاظ على الطاقة ، يجب أن يظل الاثنان سويًا - "الأزواج المقيدة تنافرًا" أو "الزوجان المعزولان بالرفض" ، وهو الاسم الذي كتبه باحثو إنسبروك في عام 2006.

متصلة في الطرد

لقد أوضحت التجارب في ماينز الآن حقيقة أن الذرتين ، وهما طاردتان ومعقودتان بالسلاسل ، يمكن أن يتم نفقهما كزوج. مثل هذه العملية ، التي لا يكون فيها نفق الجسيمات الفردية ممكنًا ، وتسمى عملية الزوج بالفعل ، "عملية النفق من الدرجة الثانية" أو "نفق الزوج". في مثل هذا الترتيب ، من الممكن أن تعمل إحدى الذرات على إطلاق عملية النفق على ذرة أخرى ، أي أن لها وظيفة مفتاح التبديل للنفق - وهو تأثير يكون مسؤولاً عن عملية النفق. الإلكترونات معروفة وبحثت للاستخدام في مجال الالكترونيات.

ومع ذلك ، فإن التحقيق في عمليات النفق المعقدة مع الذرات كنظام نموذجي يعمل بشكل أساسي على فهم أفضل لسلوك الإلكترونات في التركيب البلوري للمواد الشائعة ، وهنا تتسبب عمليات النفق من الدرجة الثانية من الإلكترونات في تدور ما يدور حوله في المادة مع بعضها البعض. العديد من المواد التي الخاصية المغناطيسية.

(جامعة ماينز ، 31.08.2007 - NPO)