פיסיקאים באוניברסיטת בן-גוריון גרמו לאטום להיות בשני מקומות שונים באותו הזמן

תמונה אמיתית של קבוצה של אטומים (במצב גזי), כאשר כל אטום נמצא גם בקבוצה העליונה וגם בקבוצה התחתונה, באותו הזמן. הצבע אינו אמיתי והוא מייצג את צפיפות האטומים. צילום: שמעון מכלוף
תמונה אמיתית של קבוצה של אטומים (במצב גזי), כאשר כל אטום נמצא גם בקבוצה העליונה וגם בקבוצה התחתונה, באותו הזמן. הצבע אינו אמיתי והוא מייצג את צפיפות האטומים. צילום: שמעון מכלוף

מצב "בלתי אפשרי" שכזה מתאפשר בעולם המוזר שמתואר על ידי תורת הקוונטים. על מנת להגיע לעולם הקוונטי קירר הצוות את האטום לטמפרטורה של בערך 100 ננו-קלווין (אחד חלקי עשרה מיליון המעלה מעל "האפס המוחלט"), שהיא הטמפרטורה הקרה ביותר הידועה למין האנושי בטבע או במעבדה

צוות פיסיקאים מקבוצת השבב האטומי באוניברסיטת בן-גוריון שכלל את הדוקטורנט שמעון מכלוף, את החוקר דר' יונתן יפה ואת פרופ' רון פולמן, הצליח, בעזרת שדה מגנטי סטטי, לגרום לאטום להיות בשני מקומות בו זמנית.

מצב "בלתי אפשרי" שכזה מתאפשר בעולם המוזר שמתואר על ידי תורת הקוונטים. על מנת להגיע לעולם הקוונטי קירר הצוות את האטום לטמפרטורה של בערך 100 ננו-קלווין (אחד חלקי עשרה מיליון המעלה מעל "האפס המוחלט"), שהיא הטמפרטורה הקרה ביותר הידועה למין האנושי בטבע או במעבדה.

המאמר שמתאר את הניסוי המאוד מורכב הזה פורסם לאחרונה בעיתוןNature Communications. ההצלחה ביצירת המצב המוזר שניקרא בשפה המקצועית מצב של סופרפוזיציה, מאפשרת הצצה נדירה לתוך העולם הקוונטי ועקרונותיו. מעבר למחקר הבסיסי בעניינה של אחת משתי המהפכות הפיסיקליות של המאה ה-20, מאפשר מצב הסופרפוזיציה גם פיתוחים טכנולוגיים כגון מערכות ניווט אינרציאליות או מערכות למדידת שדה הגרביטציה (למשל עבור חיפושי מים ונפט) ברגישות חסרת תקדים.

סופרפוזיציה מרחבית היא מצב שבו חלקיק קוונטי יחיד נמצא בשני "עותקים" (או יותר) הנמצאים במקומות שונים באותו הזמן. במצב מיוחד זה, העותקים השונים שומרים על יחס מיוחד ביניהם, הקובע את תכונות החלקיק כאשר העותקים נפגשים שוב. יחס זה, הנקרא "פאזה", רגיש מאד לכוחות הפועלים בסביבת העותקים, וכך עשוי לשמש למדידה מדויקת ביותר של כוחות כאלה. רגישות זו מאפשרת פיתוח אפליקציות טכנולוגיות מגוונות וכן מאפשרת מחקר מדויק של יסודות תורת הקוונטים, כמו גם חיפושים אחר כוחות חדשים ופיסיקה חדשה.

צוות המחקר קירר ענן אטומים במצב גזי וגרם לכל הענן להיכנס למצב של סופרפוזיציה, כך שכל אטום בענן ניכנס למצב הסופרפוזיציה. בסך הכל מדובר בכעשרת אלפים אטומים שקוררו למצב של התעבות בוזה-איינשטיין. קירור קיצוני שכזה זיכה את המדענים שהצליחו בכך בפעם הראשונה בפרס נובל (2001). גם הכנסת אטומים למצב של סופרפוזיציה כבר בוצע בעבר.

החידוש בעבודה הנוכחית הוא השימוש שבוצע בשדות מגנטיים סטטיים. ב-1921 מדענים גילו כי האלקטרון, וכך גם האטום שבתוכו הוא נימצא, הם מגנטים קטנים וכי שדות מגנטיים סטטיים יכולים להפעיל עליהם כוח (אפקט שטרן-גרלך). מיד עם גילוי התופעה היה ברור כי ניתן יהיה להשתמש בזה כדי ליצור מצב של סופרפוזיציה, אך לאחר מספר חישובים, מהר מאוד הבינו המדענים כי הדבר יהיה מאוד קשה לביצוע. ואכן, כמעט מאה שנים של ניסיונות העלו חרס. בעזרת מספר שינויים שהכניס ברעיון המקורי, הצליח עתה צוות המחקר של אוניברסיטת בן-גוריון בביצוע המשימה.

למאמר בנייצ'ר
מאמרים נוספים של קבוצת המחקר

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

47 תגובות

  1. מיטרה ועמית

    הכתבה אינה כתובה בצורה ברורה ויש בה אף טעויות. הניסוי הוא ניסוי מקרוסקופי
    ולא מדובר באטום יחיד. מדובר באוסף של אטומים זהים הנמצאים במצב המכונה
    עיבוי בוזה אינשטיין. לא ניתן להבדיל בין האטומים לכן ניתן להתיחס לכולם יחד
    כאילו הם אטום אחד גדול. פונקציית הגל של "האטום" הגדול הזה מפוצלת לשתיים.

    לכן עמית בפועל הדבר מבוצע על גופים גדולים והעובדה שהיא שאתה יכול לראות
    תמונה של המצב. לדעתי יש לפחות כמה מיליונים של אטומים בתמונה שאותה אתה רואה.

    מיטרה, האטומים המרכיבים את התמונה אינם נבדלים אחד מהשני ופונקציית הגל שלהם
    מרוכזת בשני מקומות בו זמנית.

  2. מר יואב הנכבד .
    החזרות זמן זה קצת פיסיקה , קצת ניסויים , קצת קשרים , קצת חזרה על מציאות שחוזרת , קצת דה זה וו , קצת לדבר על זה בטלויזיה ולהמחק אחר כך , קצת לאסוף מידע מצומצם על 2/3 הרוגים לאירוע , וקצת לנסות לעקוב אחר ההיתיחסות של הידע בטיפול על העתיד , וקצת לפגוש את עצמי , פעם מבוגר ופעם צעיר מפרספקטיבה וכאשר זה קרה לי זה הטיס אותי לחפש איפה לישון בלילה . בכבוד , שוב בכבוד

  3. כבוד עמית הנכבד שלום רב
    אם קראת את תגובתי שבטח נשכחה מזמן כי היא בדף הקודם , הייתה רואה את עדותי שפגשתי את השכפול של גופי בהחזרות זמן . רוצה תאמין , לא רוצה אל תאמין אבל זו עדותי

  4. האם זה נכון לאמר, שאי אפשר ליישם את זה על גופים גדולים, שכן הדבר ידרוש ידיעה על מקום ומהירות, בו זמנית, של מספר עצום של אטומים?

  5. מיטרה היקרה אומרים שאם מתייצבים על אחד העתקים , ההעתק השני מתכנס חזרה בזמן ( משהו כזה )

  6. מה קורה אם מחליפים אטום "העתק" כזה באטום אחר ? יש משהו שמזהה ומפריד אותם ? או מה קורה , אם זה בכלל אפשרי לבטל אטום "העתק" אחד כזה ?

  7. לכבוד מר מעניין היקר
    אם שוב אתה ממשיל בני אדם לנשמות של מחשבים , אתה יכול לראות שמבחינה מדעית " מחשבים " יכולים לעשות את כל הדברים הנל . בכבוד

  8. האם אין מדובר על למעשה ריבוי מימדים ומציאות של האטום בכמה מקומות?
    ספרי הקודש היהודים מלאים בדוגמאות על אנשים בשר ודם שידעו לעשות "ייחודים" ו"עליית נשמה" ולהמצאבאותו הזמן בכמה מקומות
    (אני יודע שזה נשמע הזוי, אבל יש עדויות בני זמנו אנו על "החלבן" ר' חיים עזרא הכהן מגבעתיים [שה' יאריך שנותיו בטוב!]ולהבדיל בין החיים למתים – כך גם על הרב המלוב"ן הראשון-לציון הרב מרדכי אליהו זי"ע)

    האם יש טענות מדעיות שיכולת להסביר תופעה כזו?

  9. אפשר להתמודד עם "טיעון כזה" רק כאשר מדובר בטיעון.
    מה שאמרת אינו טיעון אלא הצהרה חסרת בסיס ומשמעות

  10. מי אמר שמדובר "באותו אטום" או "אותו צביר" ? לי יש הסבר שונה למה שרואים פה.
    מה שקורה זה שהם גורמים לחומר לאבד מימדים ולהחשף בארבע – מימד שלנו.
    אפשר להתמודד עם טיעון כזה בעזרת הידוע היום ?

  11. אם בישראל יבנו מרכז לחקר המיחשוב קוונטי.ותקצבו הייה דומה לתקציב של מכון ויצמן,ישראל תהייה אחת המדינות הכי עשירות בעולם.וזה רק מיתמלוגים.

  12. אולי האטום זז כל כך מהר שנראה כאילו הוא בשני מקומות
    אבל בעצם הוא במקום אחד ומהירות הצילום כל כך נמוכה לעומת התזוזה שלו
    שזה נראה כאילו הוא בשני מקומות.

  13. "אני" זה לא נכון מה שאתה אומר. תהליך הקריסה הוא לא חלק מתורת הקוונטים הוא משהו שנצרך כדי להבין את התוצאות

  14. תורת הקוונטים גורסת שחלקיק יכול להיות בסופרפוזיצייה של מצבים אך פונקציית הגל קורסת למצב יחיד בעת מדידתו- בסתירה מלאה למה שהמדענים הראו. נשמע תמוהה. ייתכן שהפיצול שקיבלו נובע מאפקט שטרן גרלך בלבד?

  15. רפאים:
    אני מניח שהכוונה היא מילולית: "סטטי" = "בלתי משתנה"

    ישראל:
    אם הוא היה מרטיב במים אז מילא אבל למילה מרטיב יש משמעויות נוספות שנראה לי שמתאימות כאן יותר

  16. כמו שניתן ללמוד מחלק מהתגובות, אכן הכתבה כתובה בצורה לא ברורה ולא מדויקת. משפטים כמו " על מנת להגיע לעולם הקוונטי קירר הצוות את האטום לטמפרטורה של בערך 100 ננו-קלווין " הם לא נכונים וגורמים בלבול. הצוות קירר צביר של אטומים (אין לרוב משמעות לקרור של אטום בודד). קרור צביר אטומים לטמפרטורות נמוכות דיין גורם לאוסף האטומים להתנהג בדומה לפונקציית גל של אטום בודד, מצב כזה מכונה עיבוי בוזה-אינשטיין. בתמונה רואים תמונת התאבכות של צביר האטומים עם עצמו, כאשר התאבכות היא האינדקציה לסופרפוזציה.
    בנוסף למרות מה שכתוב בסוף הכתבה החוקרים לא השתמשו בשדות מגנטיים סטטיים אלא בשדות מגנטיים המשתנים בזמן. ההישג המתואר בכתבה הוא בסופו של דבר בעקרו טכנולוגי ופחות משמעותי מדעית.

  17. נו! אז יש גם מיה המתנשפת? יופי! בטח פגשת אותה בנשף לפני שהכרכרה הפכה לדלעת או שהיא חכתה לך בבית כשחזרת בזמן בהתאם להוראתה של אמא

  18. לא כל כך אוהב להתנגח איתך והקרקרות שלך , אבל אחד הדברים שחזרתי בזמן בשבילו היה לפגוש את " הנסיכה " שלי ופגשתי

  19. סוף סוף הבנתי את העניין הזה של מים נושפים!
    בכל פעם שהוא יוצא מהבית אמא אומרת לו "תחזור בזמן" והוא מציית לה וחוזר בזמן כי אחרת הכרכרה שלו תהפוך לדלעת.

  20. דקל, ראשית אין באמת חוק כזה שימור חומר (יש שימור אנרגיה, חומר הוא צורה של אנרגיה)
    אבל אם לענות בכל זאת בנפנוף ידיים, החלקיק לא נמצא בשני מקומות באותו זמן, הוא נמצא 'חצי' פה ו'חצי' שם, אז גם במושגים של 'שימור חומר' זה מסתדר

  21. לב, י, נקודה ודקל:
    משמעות הסופרפוזיציה היא שפונקציית הגל של האטום נמצאת במקומות שונים במרחב. אפשר להבין את פונקצית הגל כהסתברות למציאת האטום במקום מסויים.
    כאשר מצלמים, כל אטום ״צריך להחליט״ איפה הוא נמצא, וזה מה שרואים בתמונה. בגלל שבניסוי יש המון אטומים, הוא בעצם מודד את פונקציית הגל (ליתר דיוק, פונקציית הגל בריבוע).
    יודעים שבתמונה כל אטום הוא בסופרפוזיציה בשני העננים (לפני לקיחת התמונה) ולא פשוט אטומים שונים בעננים שונים לפי תהליך הפיצול עצמו, ובמיוחד כאשר מחברים את שני העננים בתמונה לא רואים ענן אחד חלק אלא ענן עם פסי התאבכות לרוחבו.
    מקווה שעזרתי…

  22. ב, כתבתי "כאילו".
    וכדי שבכל זאת נכניס מובן למה שכתבת. אז כן, אפשר לומר שחציו של האטום במקום אחד והחצי השני במקום אחר. אבל זה לא חצי מרחבי. זה חצי קיומי. הקיום שלו מתפרס. על אזור שלם. וחוק השימור חל כשאתה סוכם את כל הקיום שלו.

  23. נקודה:
    פרוש דבריך הוא שמחצית האטום נמצאת בנקודה א ומחצית בנקודה ב.
    זה לא מה בדיוק מה שאומרת הכותרת של המאמר.

  24. אני לא יודע מה המקור של התמונה ואיך היא צולמה. אבל לפי הכתוב זה צילום של 2 קבוצות בסופרפוזיציה.
    לא ניתן לזהות את המצב של החלקיקים הבודדים בתוך הקבוצות ולכן הסופרפוזיציה יכולה להישמר.
    אם היו מנסים לזהות חלקיק שתוך קבוצה מסוימת אז הסופרפוזיציה אמורה לקרוס.

    ככה נראה לי.

  25. כל הענין הוא שאי אפשר לדעת אם האטום נמצא במקום א או במקום ב.
    הוא לא יכול להמצא בשני המקומות ביחד.

  26. ניסים עם כל הכבוד שאני בטוח שאתה מאמין לי , החוויה לא כל כך נעימה כי – איך שאתה פוגש את עצמך – בית , מקום לישון , חשבון בנק , משפחה , חברים – הופ כבר לא רק שלך

  27. שאלה קצת קטנונית, אולי, אבל איך מצב בו חומר מופיע בשני מקומות בו זמנית לא מפר את חוק שימור החומר?

  28. זאת אומרת שמה שרואים בתמונה הוא רק הדמיית מחשב ולא צילום של החלקיקים בזמן הניסוי?

  29. י, שאלת שאלה נכונה ואני חושב שזה בין השאר גם מה שמיוחד בניסוי הזה.
    זה נכון שבד"כ מדידה גורמת לקריסה (או לדקוהרנציה, תלוי בגישה) ממצב של סופרפוזיציה של מצבים למצב יחיד.
    אבל כנראה שזה תלוי באיך מודדים ובמה מודדים.
    לדוגמה בניסוי הזה, לו באמתהיו מנסים למדוד את זהות החלקיקים המרכיבים את הקבוצות, אז בהחלט שהפונקציה היתה קורסת למצב אחד, אבל כל מה שהצילום הזה מראה זה את פיזור פונקציית ההסתברות ולא את זהות החלקיקים ולכן מצב הסופרפוזיציה יכול להימשך.

  30. "חכמים היזהרו בדיבריכם".

    לא מדובר על אטום אחד שנמצא בשני מקומות שונים באותו זמן !

    אם אפשר היה למדוד גדלים כה קטנים כגון אלקטרון . (מיקום מדויק של אלקטרון) אז לא היינו נזקקים כלל לתורת הקוואנטים.

  31. עד כמה שהבנתי מצב של סופרפוזיציה מתקיים עד למדידה- המדידה (או הצפייה) בחלקיק גורמים לו לקרוס למציאות אחת. איך הצליחו למדוד מצב של סופרפוזיציה?

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן