فیزیکدانان راهی برای ردیابی ذرات کوانتومی ناشناخته پیدا کردند

یکی از اصول پایه‌ای نظریهٔ کوانتوم این است که اشیاء کوانتومی می‌توانند به عنوان امواج یا ذرات وجود داشته باشند؛ اما تا زمانی که اندازه‌گیری نمی‌شوند، وجود ندارند و بدین ترتیب به نظر می‌رسد غیرقابل‌دستیابی است که بتوان اشیاء کوانتومی را شناسایی یا ردیابی کرد. اما اخیراً فیزیکدانان ثابت کرده‌اند که امکان ردیابی ذرات کوانتومی غیرقابل‌رؤیت وجود دارد.

ردیابی ذرات کوانتومی

دیوید آرویدسون-شوکور، نویسندهٔ اول این مطالعه و دانشجوی دکترای آزمایشگاه کاوندیش در کمبریج، علاقه‌مند به یک فرضیهٔ فیزیک به نام «تابع موج» بود. در حالی که به نظر می‌رسید حاوی اطلاعات فراوان است، آرویدسون-شوکور در یک نشریهٔ مطبوعاتی توضیح داد که آن بیشتر به عنوان یک ابزار ریاضی استفاده می‌شود تا به عنوان نماینده‌ای از ذرات کوانتومی واقعی.

به همین دلیل است که ما چالش ایجاد یک راه برای پیگیری حرکات مرموز ذرات کوانتومی را داریم.

محققان دانشگاه کمبریج در این مطالعهٔ جدید که در مجله فیزیکال ریویوای منتشر شده‌است، نشان دادند که با بررسی شیوهٔ برهم‌کنش یک ذرهٔ کوانتومی با محیط اطراف خود، به جای اندازه‌گیری ابعادش، می‌توان ذرات کوانتومی مشاهده‌نشده را ردیابی کرد.

همان‌طور که ذرات حرکت می‌کنند، محیط خود را «برچسب» می‌کنند. هر برچسب یا برهم‌کنش با محیط خود، اطلاعات را درون ذرات رمزگذاری می‌کند. بنابراین آرویدسون-شوکور و همکارانش یک روش برای نشان دادن این برهم‌کنش‌های برچسب‌گذاری، بدون رؤیت مستقیم آن‌ها، ایجاد کردند.

همچنین در پیگیری این برچسب‌ها محققان دریافتند که می‌توانند اطلاعات مربوط به ذرات را در پایان آزمایش به هنگام رؤیت ذرات دریابند. این امر دانشمندان را قادر می‌سازد تا جنبش ذرات کوانتومی را دنبال کنند و درک رفتارهایشان را به آن‌ها بیشتر نشان دهند.

ردیابی ذرات کوانتومی

دامنهٔ ممنوعه

این روش جدید برای ردیابی ذرات کوانتومی ناشناخته می‌تواند دانشمندان را قادر به آزمایش پیش‌بینی‌های قدیمی در مکانیک کوانتومی کند. این‌ها شامل ایده‌هایی می‌شوند که ذره در یک زمان می‌تواند در دو مکان باشد یا پیشنهادهایی نظیر تله‌پاتی که در آن اطلاعات می‌تواند بین دو نفر انتقال یابد بدون این‌که ذرات بین آن‌ها حرکت کند.

بنابراین این تحقیق نه تنها ثابت می‌کند که در واقع یک احتمال غیرممکن فیزیکی وجود دارد، بلکه ممکن است به محققین اجازه بدهد که واقعیت بالقوهٔ تله‌پاتی را بررسی کنند.

اما شاید مهم‌تر از همه، این آزمایش درک فیزیکدانان را از ذرات موج وسعت داد. پیش از این، آن‌ها به عنوان ابزار محاسباتی انتزاعی مورد استفاده قرار گرفته بودند که تنها برای پیش‌بینی نتایج آزمایش‌های کوانتومی استفاده می‌شود. اما محققان در این مطالعه دریافتند که اطلاعات هر ذرهٔ کوانتومی کدگذاری‌شده بعد از هر یک از برهم‌کنش‌های برچسب‌گذاری‌شده، به طور مستقیم با تابع موج مرتبط است.

آرویدسون-شوکور در یک بیانیهٔ مطبوعاتی توضیح داد:

نتیجهٔ ما نشان می‌دهد که تابع موج با مکان واقعی ذره رابطهٔ نزدیک دارد.

بنابراین ما توانستیم «دامنهٔ ممنوعهٔ» مکانیک کوانتومی را کشف کنیم:

مشخص نمودن دقیق مسیر ذرات کوانتومی در حالی که قابل‌رؤیت نیستند. این تحقیق می‌تواند به تلاش‌های پیوسته برای درک حرکت و رفتار ذرات کوانتومی و ذرات موج کمک کند. حقایق اساسی فیزیک کوانتومی را می‌توان با استفاده از اطلاعات فراوان مورد آزمایش قرار داد و بسیاری از اکتشافات جدید هیجان‌انگیز می‌توانند در این مسیر قرار گیرند.

درباره نویسنده