مشاهده مغناطیس عجیب کوانتومی توسط فیزیکدانان برای نخستین بار

[kahrupay]

فیزیکدانان مؤسسه فدرال فناوری سوئیس با استفاده از اتم‌های فوق سرد ، شاهد پدیده عجیب موسوم به مغناطیس کوانتومی برای نخستین بار شدند که رفتار اتم‌ها را زمانی که مانند آهنرباهای ریز عمل می‌کنند، توضیح می‌دهد.

به گزارش سرویس علمی خبرگزاری دانشجویان ایران (ایسنا)، مغناطیس کوانتومی کمی با مغناطیس مرسوم متفاوت است؛ چراکه اتمها از خصوصیتی موسوم به چرخش برخوردارند که پله‌ای بوده یا در حالات از هم گسسته است و معمولا بالا و پایین نامیده می‌شوند.

این در حالیست که مشاهده رفتار اتم‌ها بسیار سخت است؛ از آن جهت که نیازمند سرد کردن اتم تا دمای بسیار پائین و شناسایی راهی برای گرفتار کردن آن است.

یافته‌های این دانشمندان که در مجله ساینس منتشر شده، همچنین درها را به سوی درک بهتر پدیده‌های فیزیکی مانند ابررسانایی باز خواهد کرد که بنظر می‌رسد با ویژگی‌های جمعی کوانتومی برخی مواد مرتبط باشد.

محققان بر روی چرخش اتمها تمرکز کردند چرا که این ویژگی است که آهنرباها را مغناطیسی می کند؛ این امر از آن جهت است که تمام چرخشهای اتمهای درون یک آهنربا در یک مسیر هستند.

این دانشمندان برای دستیابی به یک دیدگاه واضح از رفتارهای چرخشی اتمها مجبور بودند اتمهای پتاسیم را تا دمای نزدیک صفر مطلق سرد کنند. از این راه، اختلالات تصادفی حرارتی که در اصل تابش زمینه و گرما هستند با تکان دادن اتمهای پتاسیم از محل خود باعث اختلال در دید نمی‌شدند.

محققان سپس یک شبکه نوری از پرتوهای لیزر ایجاد کردند. این پرتوها با یکدیگر تداخل داشته و مناطقی از انرژی احتمالی بالا و پائین ایجاد کردند.

اتمهای بدون بار خنثی در چاله‌های شبکه که مناطق انرژی پایین هستند قرار خواهند گرفت. هنگامی که شبکه ساخته شد، اتمها گاهی بطور تصادفی از کناره‌های چاهها تونل می‌زنند چرا که ذات کوانتومی ذرات به آنها اجازه می‌دهد در یک زمان در چندین جا بوده یا از میزانهای متفاوت انرژی برخوردار باشند.

عامل دیگری که محل اتم‌ها در شبکه نوری را تعیین می‌کند، چرخش بالا یا پائین آنهاست. دو اتم اگر چرخش مشابه داشته باشند، نمی‌توانند در یک چاله قرار بگیرند. این بدان معنی است که اتمها از گرایش تونل زنی در چاله‌ها با اتمهایی که گردش متفاوت دارند، برخوردار خواهند بود.

پس از مدتی، خطی از اتمهای دارای الگوی چرخشی غیر تصادفی باید خودبخود ایجاد شود. این نوع رفتار از مواد دیگر جهان قابل رویت که گرایش آنها می‌تواند از طیف گسترده‌ای از قدرهای میانی برخوردار باشد، متفاوت است. این رفتار همچنین دلیل غیرمغناطیسی بودن بیشتر چیزهاست؛ چرخشهای الکترونهای درون اتمها به شکل تصادفی گرایش داشته و یکدیگر را خنثی میکنند.

این پژوهش قابلیهایی را برای افزایش تعداد اتمها در یک شبکه و حتی ساخت سازه‌های شبکه‌ای دو بعدی از اتمها و حتی شبکه‌های هرمی ایجاد خواهد کرد.

این که آیا نظمی که این دانشمندان یافته‌اند قابل تعمیم در مقیاسهاسی بزرگتر بوده یا خیر از اهمیت زیادی برخوردار است؛ چراکه خود مغناطیس از چرخش‌های اتم‌ها در زمان خطی بودن همگی آنها ایجاد می‌شود. معمولا این چرخش‌ها بطور تصادفی مرتب شده‌اند؛ اما در دماهای بسیار سرد و مقیاس‌های کوچک، این تغییرات و این رفتار کوانتومی متفاوت رفتار خواهد کرد.