لقد نفخ العلماء مجموعة من الذرات مثل البالونات لإنشاء نسخة شديدة من حالة مادة مستحيلة هي بلورة الزمكان.
بواسطة قصف ذرات الروبيديوم بالليزر، أثار الفيزيائيون هذه الذرات إلى حالة ريدبيرغ منتفخة في تجربة نتجت عنها الحالة الغريبة من المادة المعروفة باسم بلورة الزمكان.
يقول الفريق إن هذا يفتح طريقًا جديدًا لاستكشاف خصائص البلورات الزمنية، والظواهر مثل التذبذبات الكمومية والارتباط والتزامن، وهي عوامل مهمة في تصميم الحواسيب الكمومية.
أول من وصف بلورة الزمكان هو الفيزيائي النظري الأمريكي فرانك ويلكزك في عام 2012، حيث تتكون بلورة الزمكان من حركات الجسيمات التي تتكرر في بُعد زمني، مشابهة للطريقة التي تكون بها البلورات مثل الألماس والكوارتز أنماطًا من الجسيمات تتكرر في الفضاء.
في حين وصفت النظرية الأصلية أنماطًا تتكرر بطريقة دائمة، لوحظت ووضعت نسخ تجريبية مؤقتة منها بشكل بطرق مختلفة من قبل فرق مختلفة من الفيزيائيين. في هذه البلورات، يمكن قياس الأنماط المتذبذبة التي تختلف عن أي إيقاعات خارجية تُفرض على البلورة.
أُنشئ هذا النوع الجديد من بلورات الزمكان من غاز الروبيديوم في درجة حرارة الغرفة والمحصور في حاوية زجاجية.
استخدم فريق من الفيزيائيين بقيادة شياولينغ وو، وتشوكينغ وانغ، وفان يانغ من جامعة تسينغ هوا في الصين ضوء الليزر لإثارة الذرة إلى حالات ريدبيرغ.
تحدث هذه الحالة عندما تضاف طاقة إلى الذرة بحيث تصف الإلكترونات الخارجية مدارات أكبر حول النواة، ما يؤدي إلى نفخ الذرة إلى مئات المرات من نصف قطرها الطبيعي.
هذا ما يزال صغيرًا جدًا من وجهة نظرنا، ولكن له تأثير مثير على الطريقة التي تتفاعل بها الذرات عندما تكون مجتمعة في صندوق زجاجي.
يوضح الفيزيائي توماس بوهل من جامعة فيينا للتكنولوجيا قائلًا: «إذا حضرت الذرات في حاويتنا الزجاجية في مثل هذه الحالات من ريدبيرغ وأصبح قطرها ضخمًا، فإن القوى بين هذه الذرات تصبح أيضًا كبيرة جدًا. وهذا بدوره يغير الطريقة التي تتفاعل بها مع الليزر. إذا اخترت ضوء الليزر بطريقة تمكنه من إثارة حالتين مختلفتين من ريدبيرغ في كل ذرة في نفس الوقت، تنشأ حلقة تغذية راجعة تسبب تذبذبات تلقائية بين الحالتين الذريتين. وهذا بدوره يؤدي أيضًا إلى تذبذب امتصاص الضوء».
لذلك، عندما أثار الفريق غاز الروبيديوم بضوء الليزر، حدث شيء مثير. على الرغم من أن الليزر كان له كثافة ثابتة عندما قاسوا الضوء عند الطرف الآخر من الحاوية، رأوا علامات على تذبذب ذري حيث تتأرجح الذرات بين حالة مثارة وحالة أقل إثارة.
هذه التذبذبات ظهرت طبيعيًا، وبالتالي تفي بتعريف بلورة الزمكان.
يقول بوهل: «هذه في الواقع تجربة ثابتة لا يفرض فيها إيقاع محدد على النظام، التفاعلات بين الضوء والذرات تبقى دائمًا كما هي، وحزمة الليزر لها كثافة ثابتة. لكن من المدهش، تبين أن الكثافة التي تصل إلى الطرف الآخر من الخلية الزجاجية تبدأ في التذبذب بأنماط منتظمة جدًا».
هذا له تطبيقات محتملة في التكنولوجيا التي تتطلب تذبذبات منتظمة جدًا ومستدامة ذاتيًا. القياس، على سبيل المثال -علم القياس- قد يستفيد من مثل هذا النظام. ومعالجة المعلومات الكمومية استنادًا إلى ذرات ريدبيرغ ستكون أداة قوية لتطبيقات الحوسبة.
يختتم بول: «لقد أنشأنا نظامًا جديدًا هنا يوفر منصة قوية لتعميق فهمنا لظاهرة بلورات الزمكان بطريقة تقترب جدًا من فكرة فرانك ويلكزك الأصلية».
نشر البحث في مجلة “Nature Physics”.
اقرأ أيضًا:
طريقة جديدة لاعادة ترتيب الذرات الباردة في مصفوفات مثالية !
هل أصبح بإمكاننا أخيرًا رؤية الذرات في أثناء اندماجها؟
ترجمة: حمداش رانية
تدقيق: زين حيدر
