“`html
مستشعرات التشابك الكميّ قد تُختبر الجاذبيّة الكميّة
بقلم أندي توماسويك
10 مارس، 2025
اسأل أي فيزيائي تقريبًا عما هو أصعب مشكلة في الفيزياء الحديثة، وسوف يخبرك على الأرجح بالتباين بين النسبية العامة والميكانيكا الكمومية. وقد شكل هذا التباين شوكةً في خاصرة مجتمع الفيزياء لعقود. بينما كانت هناك بعض التطورات في النظريات المحتملة التي يمكنها تصحيح الاثنين، إلا أن الأدلة التجريبية لدعم تلك النظريات كانت قليلة. وهنا يأتي دور زميل جديد بمنح معهد ناسا للمفاهيم المتقدمة – سليم شاهريار من جامعة نورث وسترن، إيفانستون، الذي تم تمويله مؤخرًا للعمل على مفهوم يُسمى القياس الفائق الدقة للفضاء لموقع مبدأ التكافؤ الخاص بالجاذبية الكمومية (SUPREME-GQ)، والذي يأمل أن يساعد في جمع بعض البيانات التجريبية الدقيقة حول هذا الموضوع مرة واحدة وإلى الأبد.
بإيجاز شديد، التجربة… معقدة. فهي تعتمد في جوهرها على منصة فضائية تحمل مستشعرًا مُشابكًا كميًا ونظمًا دقيقة لتحديد المواقع. لكن فهم سبب فائدتها لاختبار الجاذبية الكمية يتطلب بعض الشرح. دعونا أولًا نلقي نظرة على أحد أهم مبادئ النسبية العامة، وهو مبدأ التكافؤ.
جرى فرَيزر مقابلةً مع خبير الكم، شون كارول.
ينص مبدأ التكافؤ على أن الجاذبية والتسارع متماثلان. وهو جوهر النسبية العامة، التي تعامل الجاذبية كمنحنى في الزمكان بدلًا من قوة أساسية. لكن العديد من نظريات الجاذبية الكمية تتوقع انحرافًا عن هذا التكافؤ على نطاقات دقيقة – حيث تبدأ ميكانيكا الكم في السيطرة.
لِوَصفِ ذلك الانحراف، يستخدمُ الفيزيائيّون مصطلحًا يُعرف باسم معامل أوتفوس. وهو يُوضّح مدى التقارب بين الكتلة الثقالية والكتلة القصورية. في النسبية العامة، على الأقل، يجب أن تكونا متساويتين. لكنّ مع اقتراب الأمور من عالم الميكانيكا الكمية، تبدأ بعض النظريات التي تُزعم أنها تقدم نظرية الجاذبية الكمية في رؤية تباين بينهما، ما يُمثّل بقيمة غير صفريّة لمعامل أوتفوس.
حتى الآن، تم اختبار قيمة هذا المعامل حتى حوالي 10-15 بواسطة تجربة MICROSCOPE، التي صُممت خصيصًا لاختبار هذه النظرية. ونشر الباحثون القائمون على هذا المشروع تقريرًا في عام 2022، وهو ما يزال أَدق قياس لنا لمعامل إوتفوس حتى يومنا هذا. ومع ذلك، استخدمت تجربة MICROSCOPE مقاييس التسارع التقليدية، والتي، على الرغم من أنها قدمت تقديرًا يفوق ما يمكن الحصول عليه على الأرض بما يزيد عن 100 مرة، إلا أنها لم تكن دقيقة بما يكفي لقياس مستوى 10-18 الذي تنبأت نظريات مثل نظرية الأوتار بوجود انحراف فيه للمعامل.
يناقش فريزر الموجات الثقالية، وهي إحدى المفاتيح المحتملة لتأكيد الجاذبية الكمومية.
يدخل الدكتور شاهريار وفريقه. هدفهم هو تطوير منصة فضائية تستخدم مقاييس التداخل الذرية لتحديد قيمة المعامل إلى 10-20، حيث يمكنها إثبات أو دحض بعض نظريات الجاذبية الكمومية. ولكن للوصول إلى ذلك، يحتاجون إلى القيام بالعديد من الأعمال التحضيرية أولاً.
إحدى الخطوات في هذه العملية هي فهم كيفية استخدام التشابك الكمومي في هذه مقاييس التداخل الذرية (AIs). تعمل مقاييس التداخل الذرية عن طريق استخدام الطبيعة المزدوجة للذرات (التي لها ازدواجية موجية/جسيمية مماثلة للضوء) وتقسيم شعاع من الذرات إلى مسارات منفصلة باستخدام الليزر. في حالة تجربة الدكتور شاهريار، ستكون هذه ذرات الروبيديوم. بعد تقسيمها، إذا لم يتم رصدها، فإنها تدخل في حالة مكافئة لتجربة القطة الشهيرة لشرودنجر في ميكانيكا الكم.
ومع ذلك، لم يُجرَ من قبل إنشاء مثل هذه الحالة الميكانيكية الكمّية، وهو ما يُمثّل الخطوة التالية في عمل الدكتور شاهريار. فقد طوّر فريقه “بروتوكول الضغط الصوتي المُعمم”، والذي يسمح نظريًا بالحفاظ على الحالة الكمّية المتشابكة لفترات طويلة. من شأن ذلك أن يُتيح قياسًا دقيقًا للاختلافات بين الحالتين عند إعادة دمجهما في نهاية المطاف، وقد تؤدي هذه الاختلافات إلى قياس دقيق للغاية لمعامل أوتوفوس.
ها هنا فيديو يُوضّح معامل أوتوفوس
الائتمان – قناة الدكتور بن ييلفرتون على يوتيوب
التكنولوجيا الأساسية، التي أطلق عليها الفريق اسم “مُداخلات ذرية قطّاع شرودنغر” (SCAI) في بيان صحفيٍّ حديث، يمكن استخدامها أيضًا لتطبيقاتٍ على سطح الأرض. إذا أمكن، فسيكون لهذه المستشعرات، باستخدام تنفيذها النظري، دقةً تفوق دقة المُسارعِات أو المُقاييسِ الزاويةِ العادية بآلافِ المرات، والتي تُستخدم بالفعل في تطبيقاتٍ متنوعةٍ مثل أنظمة التوجيه والتنقل والسيارات.
لا يزال هناك الكثير من العمل الذي يتعيّن القيام به، حتى لإثبات إمكانية التنفيذ النظري لهذه التكنولوجيا في العالم الحقيقي. عندما يبدأ الناس بالعمل مع الشكوك الكمومية، تميل الأمور إلى أن تصبح صعبةً، ليس فقط للقطط النظرية. ولكن، إذا نجح الدكتور شاهريار وفريقه في صنع مُداخلات ذرية قطّاع شرودنغر عاملة في الفضاء، فسوف نكون أقرب قليلاً إلى التوفيق الحقيقي بين إحدى أكبر المشاكل في الفيزياء الحديثة.
“`html
تعرف على المزيد:
ناسا – قياس فائق الدقة في الفضاء لتوقيع مبدأ التكافؤ في الجاذبية الكمومية
يوتاه – علماء يجرون اختبارات للجاذبية الكمومية
يوتاه – نهج جديد قد يكشف عن العلاقة بين الجاذبية والميكانيكا الكمومية
يوتاه – ما هي الجاذبية الكمومية الحلقية؟
“`
المصدر: المصدر