آزمایشی که نگاه دانشمندان به دنیای کوانتوم را تغییر داد

در دنیای کلاسیک، هر جسمی که بچرخد یا حرکت کند، با کاهش دما آرام‌تر می‌شود؛ تا جایی که تصور می‌شود در دمای صفر مطلق همه چیز متوقف خواهد شد. اما فیزیک کوانتومی تصویر متفاوتی ارائه می‌دهد: حتی در نزدیک‌ترین حالت به صفر مطلق نیز ذرات هرگز کاملا ساکن نمی‌شوند و همچنان نوعی «لرزش بنیادین» یا انرژی نقطه صفر دارند.

به گزارش اینترستینگ اینجینیرینگ، تیمی از پژوهشگران در دانشگاه وین، TU Wien و دانشگاه اولم، موفق شده‌اند یک اصل مهم فیزیک را در عمل نشان دهند.

آنها یک نانوروتور بسیار کوچک از جنس سیلیکا را با استفاده از نور لیزر در یک تله نوری نگه داشتند و سپس با روش‌های خنک‌سازی نوری، دمای آن را تا نزدیک‌ترین حالت ممکن به «حالت پایه کوانتومی» کاهش دادند.

در ابتدای آزمایش، این ذره رفتاری کاملا معمولی داشت؛ یعنی مانند هر جسم بسیار ریز دیگری، به دلیل انرژی حرارتی محیط دچار لرزش‌ها و چرخش‌های نامنظم بود. اما دانشمندان با استفاده از روشی به نام پراکندگی همدوس و افزایش شدت نور، توانستند به‌تدریج انرژی چرخشی آن را کم کنند. در این فرآیند، فوتون‌های نور مانند حامل انرژی عمل می‌کردند و بخشی از انرژی حرکت چرخشی را از ذره خارج می‌کردند.

در نتیجه، این نانوروتور به حالتی رسید که چرخش آن در دو جهت به‌طور هم‌زمان تحت تأثیر قوانین کوانتومی قرار گرفت. در این وضعیت، نمی‌توان جهت دقیق آن را مانند اجسام عادی مشخص کرد و تنها در محدوده‌ای بسیار کوچک (حدود ۲۰ میکرورادیان) قابل تعریف است. برای درک بهتر این عدد، پژوهشگران می‌گویند دقت این وضعیت به حدی است که از یک‌صدم قطر یک اتم هم کوچک‌تر در نظر گرفته می‌شود؛ یعنی چیزی فراتر از دقت قطب‌نماهای معمولی و حتی بسیار پایدارتر از مقیاس‌های زیستی مانند باکتری.

اهمیت این دستاورد فقط در تأیید یک پیش‌بینی نظری نیست، بلکه می‌تواند راه را برای ساخت نسل جدیدی از ابزارهای بسیار دقیق هموار کند. چنین سیستم‌هایی به دلیل حساسیت فوق‌العاده بالا می‌توانند در ساخت حسگرهای بسیار دقیق برای اندازه‌گیری نیروها و گشتاورهای کوچک به کار بروند.

پژوهشگران همچنین می‌گویند این روش خنک‌سازی در دو جهت، قابلیت استفاده در آزمایش‌های دیگر را هم دارد و می‌تواند به درک بهتر مرز بین دنیای فیزیک کلاسیک و رفتارهای عجیب دنیای کوانتومی کمک کند.

منبع: همشهری