خطوة كبيرة نحو تطوير مستشعرات كمومية واسعة النطاق لحل مشاكل الفيزياء الأساسية

وقد أعلنت ذلك الخدمة الصحفية لكلية لندن الإمبراطورية.

قال البروفيسور أوليفييه بوشمولر من كلية لندن الإمبراطورية في بيان نقلته الخدمة الصحفية للكلية: "لقد حققنا خطوة كبيرة نحو تطوير مستشعرات كمومية واسعة النطاق لحل مشاكل الفيزياء الأساسية. وتمكنا من إثبات جدوى تداخل الذرات في أكثر الظروف واقعية لإجراء القياسات، مما يفتح الطريق أمام إنشاء مشاريع مثل كاشف MAGIS في مختبر "فيرمي" ومنشأة AICE في "سيرن" ( المركز الدولي للبحوث النووية بجنيف).

أول دليل محتمل لوجود المادة المظلمة في الكون

كيف تعمل مقاييس تداخل الذرات

وكما أوضح البروفيسور بوشمولر وزملاؤه، فإن مقاييس تداخل الذرات هي أجهزة قياس تستخدم الخصائص الكمومية للذرات لإجراء قياسات فائقة الدقة للتغيرات في موضع الجسيمات في الفراغ تحت تأثير قوى مختلفة، بما في ذلك قوة الجاذبية. وتعتمد هذه الأجهزة على مصائد بصرية خاصة تحتجز سحبا تتضمن ذرات مفردة من السيزيوم أو الصوديوم أو السترونتيوم وتعزلها عن البيئة المحيطة.

وفي أثناء إجراء القياسات، يتلاعب العلماء بالخصائص الكمومية لسحب هذه الذرات بحيث تبدأ في التصرف ليس كجسيمات، بل كأجسام موجية. ومن خلال تتبع تفاعلات هذه الأجسام الموجية مع أشعة الليزر يمكن قياس قوة الجاذبية بدقة وتحديد ثوابت فيزيائية أساسية أخرى من خلال مراقبة حركة جسيم كمي بعد تحريره من المصيدة.

كاشف كمي للمادة المظلمة

ومثل هذه القياسات أعاقتها في الماضي الضوضاء الناتجة عن تفاعلات شعاع الليزر مع سحب الذرات، ما يحول دون رؤية آثار مرور جسيمات المادة المظلمة أو موجات الجاذبية عبر الأرض. فافترض البروفيسور بوشمولر وزملاؤه أنه يمكن قمع هذه الضوضاء تماما من خلال مراقبة سحابتين من الذرات في وقت واحد وحساب الفرق بين هذين القياسين.

واسترشادا بهذه الفكرة، ابتكر الفيزيائيون نموذجا أوليا لمقياس تداخل ذري تفاضلي يعتمد على سحابتين من ذرات السترونتيوم-87 المبردة إلى درجة حرارة تبلغ ميكروكلفنين (أي ما يعادل 273.1 درجة مئوية تحت الصفر).

وأظهرت التجارب اللاحقة على هذا الجهاز أنه يسمح بقياس موضع سحب الذرات بأقصى دقة ممكنة تسمح بها قوانين ميكانيكا الكم حتى عند إضافة تشويشات صناعية إلى شعاع الليزر.

كما تمكن الباحثون باستخدام هذا الجهاز من التقاط اهتزازات اصطناعية مشابهة في قوتها وبنيتها للإشارات الناتجة عن مرور موجات الجاذبية أو تجمعات المادة المظلمة عبر كوكبنا. وهذا ما أثبت عمليا لأول مرة أن كاشف MAGIS الأمريكي قيد الإنشاء ونظيره الأوروبي AICE المخطط لتطويره سيكونان قادرين على اكتشاف مثل هذه الاهتزازات الناتجة عن مصادر فيزيائية فلكية.