رمزگشایی از اسرار کوانتوم در دمای اتاق؛ پیشرفتی شگفت‌انگیز در فیزیک نوین
آینده‌ای روشن برای حسگرهای کوانتومی در ناوبری، پزشکی و فیزیک بنیادی
علم کوانتوم دنیایی اسرارآمیز است که قوانین آن با دنیای ما کاملاً متفاوت است. دانشمندان مدت‌ها در تلاش بوده‌اند تا ویژگی‌های کوانتومی را در اجسام بزرگ‌تر از اتم‌ها و مولکول‌ها مشاهده کنند؛ اما دستیابی به این هدف با چالش‌های فراوانی همراه بود.
تا امروز، رسیدن به حالت‌های کوانتومی معمولاً نیازمند سرمایش‌های شدید و پیچیده بود، اما گروهی از محققان موفق شدند این پدیده را در دمای اتاق به نمایش بگذارند؛ دستاوردی که درهای تازه‌ای به‌سوی فناوری‌های پیشرفته باز می‌کند.
حرکات کوانتومی غیرقابل‌تصور
در دنیای کوانتوم، ذرات می‌توانند رفتارهایی از خود نشان دهند که در دنیای کلاسیک غیرقابل‌تصور است. یکی از این پدیده‌ها، حرکت کوانتومی است که تا پیش‌ازاین، تنها در دماهای بسیار پایین قابل‌مشاهده بود. اما محققان دانشگاه ETH زوریخ، با همکاری دانشگاه فناوری وین، روشی نوآورانه ابداع کرده‌اند که اجازه می‌دهد حرکت چرخشی ذرات نانو شیشه‌ای، حتی در دمای اتاق و بدون نیاز به سرمایش، به حالت کوانتومی برسد. این کشف نه‌تنها درک ما از فیزیک کوانتومی را گسترش می‌دهد، بلکه آینده‌ای روشن برای سنسورهای کوانتومی در ناوبری، پزشکی و فیزیک بنیادی ترسیم می‌کند.
حرکت کوانتومی
حرکت کوانتومی به معنای لرزش‌ها و نوسانات خاصی است که ذرات در سطوح بسیار کوچک و زیراتمی از خود نشان می‌دهند. برخلاف اشیای بزرگ در دنیای روزمره که می‌توانند در هر زاویه‌ای نوسان کنند، ذرات کوانتومی تنها در حالت‌های مشخص و «کوانتیده» می‌توانند حرکت کنند.
چالش‌های مشاهده حرکت کوانتومی در ذرات بزرگ‌تر
ذرات نانو با قطر حدود ۱۰۰ نانومتر که هزار برابر کوچک‌تر از یک‌دانه شن هستند، اما در دنیای کوانتوم ابعادی بزرگ محسوب می‌شوند، همیشه موضوع مطالعاتی بوده‌اند. اما جداسازی و مشاهده حرکت کوانتومی آن‌ها به دلیل تأثیرات محیط و دمای بالا کار بسیار سختی بود. تا کنون فقط با سرمایش‌های شدید می‌شد این پدیده را دید، اما این روش‌ها بسیار پرهزینه و پیچیده هستند.
ابداع روش جدید: انجماد حرکت بدون سرمایش
محققان دانشگاه ETH زوریخ و دانشگاه فناوری وین با استفاده از تله‌های نوری (optical tweezers) و تنظیم دقیق پرتوهای لیزری، توانستند ذرات نانو را در میدان الکترومغناطیسی به‌گونه‌ای نگه دارند که حرکت چرخشی آن‌ها به کمترین حالت کوانتومی برسد، بدون اینکه ذرات نیاز به سرمایش داشته باشند. این فرآیند به‌نوعی «انجماد» حرکت چرخشی ذرات در دمای اتاق است.
نتایج حیرت‌انگیز؛ ذرات گرم با حرکت کوانتومی
نکته جالب این است که خود ذرات در دمای صدها درجه سانتی‌گراد باقی می‌مانند، اما حرکت چرخشی آن‌ها تقریباً به حالت پایه کوانتومی رسیده است. این موفقیت، شکستی بزرگ در محدودیت‌های فیزیک کوانتوم به شمار می‌رود و راه را برای کاربردهای جدیدی در سنسورها و فناوری‌های نوین باز می‌کند.
آینده‌ای نوین برای فیزیک و فناوری
این دستاورد، امکان مطالعه پایدار و قابل‌اعتماد خواص کوانتومی در اجسام بزرگ‌تر را فراهم می‌کند که پیش‌ازاین تقریباً غیرممکن بود. محققان امیدوارند بتوانند این روش را برای توسعه سنسورهای کوانتومی در زمینه‌هایی مانند ناوبری دقیق، پزشکی و تحقیقات بنیادی به کار گیرند.
انجماد حرکت کوانتومی بدون سرمایش
کشف «انجماد حرکت کوانتومی بدون سرمایش» یک گام بزرگ در درک و کاربرد فناوری‌های کوانتومی است. این پیشرفت نشان می‌دهد می‌توان محدودیت‌های دمایی را کنار گذاشت و به سمت فناوری‌هایی حرکت کرد که با صرف انرژی کمتر و هزینه کمتر، به‌دقت و کارایی بالاتری دست یابند. آینده علم کوانتوم روشن‌تر از همیشه به نظر می‌رسد و دروازه‌های تازه‌ای به‌سوی فناوری‌های انقلابی گشوده شده است.
