אחת מהתחזיות המוזרות ביותר בתחום של תורת הקוונטים - כי מערכת לא יכולה להשתנות בעודך צופה בה - הוכחה בניסוי שנערך על ידי פיזיקאים מאוניברסיטת קורנל. המחקר שלהם פותח צוהר לפיתוח שיטה חדשה לחלוטין בעזרתה ניתן יהיה לשלוט ולהשפיע על המצבים הקוונטיים של אטומים ובאופן זה ליצור סוגי גלאים וחיישנים חדשים.
[תרגום מאת ד"ר נחמני משה]
אחת מהתחזיות המוזרות ביותר בתחום של תורת הקוונטים - כי מערכת לא יכולה להשתנות בעודך צופה בה - הוכחה בניסוי שנערך על ידי פיזיקאים מאוניברסיטת קורנל. המחקר שלהם פותח צוהר לפיתוח שיטה חדשה לחלוטין בעזרתה ניתן יהיה לשלוט ולהשפיע על המצבים הקוונטיים של אטומים ובאופן זה ליצור סוגי גלאים וחיישנים חדשים.
הניסויים נערכו במעבדת העל-קירור של הפרופסור לפיזיקה Mukund Vengalattore, אשר ייסד את התוכנית הראשונה באוניברסיטה לחקר הפיזיקה של חומרים המקוררים לטמפרטורות נמוכות במיוחד ברמה של 0.000000001 מעלה מעל האפס המוחלט (מינוס 273.15 מעלות צלזיוס). ממצאי המחקר פורסמו בכתב-העת המדעיPhysical Review Letters.
החוקרים יצרו וקיררו גז המורכב ממיליארד אטומי רובידיום, הכניסו אותו לתוך תא ואקום וחשפו אותו לאלומות לייזר. במצב זה האטומים התארגנו במבנה של סריג מסודר, בדיוק כפי שהם היו מתארגנים במוצק גבישי. אולם, בטמפרטורות כה נמוכות, האטומים יכולים לעבור מנקודה אחת לנקודה אחרת בגביש בתהליך הקרוי 'מינהור'. עקרון אי-הוודאות המפורסם של הייזנברג טוען כי קיימים יחסי גומלין בין המיקום לבין מהירותו של חלקיק. טמפרטורה מהווה מדד לתנועתו של החלקיק. בתנאי קירור קיצוניים, הקרובים לאפס המוחלט, המהירות היא כמעט אפס, כך שקיימת גמישות מרובה מבחינת המיקום; כאשר אתה צופה בהם, לאטומים יש הסתברות להיות בנקודה אחת בדיוק כמו בנקודה שנייה.
החוקרים הדגימו כי הם יכולים למנוע את המינהור הקוונטי פשוט על ידי צפייה באטומים. 'אפקט זנון הקוונטי' הזה, הקרוי על שמו של פילוסוף יווני ואשר התגלה בשנת 1977 על ידי שני חוקרים מאוניברסיטת טקסס, אוסטין, טוען כי האופי המוזר של מדידות קוונטיות מאפשר, בעיקרון, "להקפיא" מערכת קוונטית באמצעות מדידות חוזרות ונשנות. ניסויים קודמים הראו כי האפקט אכן מתרחש עבור הספינים של חלקיקים תת-אטומיים. "זוהי התצפית הראשונה של אפקט זנון הקוונטי המתרחש במסגרת מדידה של תנועה אטומית", אומר החוקר הראשי. "בנוסף, בזכות רמת הבקרה הגבוהה שהצלחנו להדגים במסגרת הניסויים שלנו, אנחנו יכולים היום לכוונן באופן הדרגתי את האופן שבו אנו צופים באטומים. באמצעות כיוונון זה, הצלחנו להראות כי מתקיים גם אפקט ששמו 'emergent classicality'. האפקט הקוונטי דועך לו והאטומים מתחילים להתנהג כפי שהיינו מצפים מהם במסגרת הפיזיקה הקלאסית.
החוקרים צפו באטומים בעזרת מיקרוסקופ על ידי הארתם באמצעות אלומת לייזר נפרדת. מיקרוסקופ אור אינו יכול להבחין באטומים פרטניים, אולם אלומת הלייזר גורמת להם להאיר, וכך המיקרוסקופ לוכד את הבזקי ההארה שלהם. כאשר אלומה נפרדת זו כובתה, או שהודלקה למשך זמן קצר במיוחד, האטומים עברו מינהור באופן חופשי. ככל שאלומת הלייזר הייתה עוצמתית יותר או שתכיפות הפעלתה עלתה, כך תהליך המינהור הצטמצם דרמטית. "מצב זה מספק לנו כלי יוצא דופן לשליטה במערכת קוונטית, אפילו ברמה של אטום אחר אטום", אומר החוקר. החוקר הראשי מסביר כי במצב זה האטומים רגישים במיוחד לכוחות חיצוניים, כך שממצאים אלו יוכלו להוביל לפיתוחם של גלאים וחיישנים חדשניים.
עוד בנושא באתר הידען
עולם קוונטי חדש
הקוונטום שאינו קוונטי