.jpeg)
قامت مجموعة من الباحثين من جامعة شيكاغو ، بقيادة البروفيسور تشينج تشين ، بتبريد غاز من الذرات ، لأول مرة ، سائلًا فائقًا من الجزيئات.
السائل الفائق هو حالة طبيعية نادرة حيث تتدفق المادة فجأة دون احتكاك واضح ، مما يسمح لها بالتسرب عبر المسام الصغيرة حيث لا تستطيع السوائل العادية. يبدو أن السوائل الفائقة تتحدى الجاذبية وتتسلق جدران الحاويات كما لو كانت تريد تحرير نفسها.
في مقالهم المنشور في 28 أبريل في Nature ، أوضح تشين وزملاؤه أنهم قاموا بتبريد آلاف ذرات السيزيوم إلى جزء من المليار درجة مئوية فوق الصفر المطلق ، مما أدى إلى تكوين مكثف بوز-آينشتاين.
ما هو مكثف بوز-آينشتاين؟
عادة ما تكون الذرات في الغاز في حالات كمية مختلفة. لفهم ما يعنيه هذا ، تخيل الحالة الكمية على أنها "رمز شريطي" ( باركود ) يغلف الخصائص الكمومية. يتم تمييز كل ذرة في الغاز بمجموعة من الخصائص الكمومية في "الرمز الشريطي" الخاص بها.
عندما يتم تبريد هذه الذرات ، وتحقيق تكاثف بوز-آينشتاين ، تحصل جميعها بالضبط على نفس "الرمز الشريطي" ، أو نفس مجموعة الخصائص الكمومية في وقت واحد.
طريقة أخرى لفهم هذا الأمر¸من خلال النظر في الطبيعة الموجية للذرات. عادة ، كل ذرة سوف تتصرف كـ "موجة مستقلة". في تكاثف بوز-آينشتاين ، تتصرف تلك الذرات بشكل جماعي كموجة واحدة.
في تجارب تشين والمتعاونين معه ، بمجرد تحقيق مكثف بوز-آينشتاين ، أجبروا الذرات على التحرك في اتجاهين فقط ، كما هو الحال في فيلم. ثم قاموا بتشغيل مجال مغناطيسي عرضي لذلك الفيلم. في ظل هذه الظروف ، تفاعلت ذرات السيزيوم عن طريق تكوين أزواج تتصرف كسائل فائق للجزيئات.
اليسار: مكثف بوز-آينشتاين الذري ؛ يمينًا: تكاثف بوز-آينشتاين الجزيئي. صورة من مقال تشين والمتعاونين.
تسمى هذه الحالة الطبيعية بوز-آينشتاين على اسم عالم الفيزياء النظرية الهندي ساتيندرا ناث بوز وألبرت أينشتاين ، الذي اقترح وجودها في أوائل العشرينات من القرن الماضي.
لم يكن الأمر كذلك حتى التسعينيات عندما نجح العلماء في تكوين مكثف بوز-آينشتاين من الذرات في المختبر. لهذا الإنجاز ، تم تكريم إريك أ.كورنيل ، وولفجانج كيتيرل ، وكارل إي.ويمان بجائزة نوبل في الفيزياء في عام 2001.
إذا كان إنتاج مرحلة انتقالية إلى هذه الحالة الكمومية للطبيعة في الذرات يمثل تحديًا ، فإنه سيكون أصعب على الجزيئات. فالجزيئات تهتز وتدور ؛ إنها معقدة في التعامل معها.
في تكاثف بوز-آينشتاين ، "تغني الجزيئات في انسجام تام": فهي تمتلك نفس الطاقة ، وتهتز وتدور بنفس الطريقة تمامًا. أوضح البروفيسور تشين: "بالطريقة التقليدية للتفكير في الكيمياء ، تفكر في تصادم بعض الذرات والجزيئات وتشكيل جزيء جديد".
سيؤدي التقدم في تكثيف بوز-آينشتاين مع الجزيئات إلى فتح آفاق جديدة للبحث في الكيمياء. سيتمكن العلماء من التحكم في التفاعلات الكيميائية على مستوى الكم. يمكن أن يساعد أيضًا في إنشاء فرع جديد في مجال المعلومات الكمومية وحتى دفع فهمنا لميكانيكا الكم نفسها إلى الأمام.
المصدر