مستشعرات التشابك الكميّ قد تُختبر الجاذبية الكمّيّة
هل تساءلت يومًا عن أكثر مشكلة مُحيرة في الفيزياء الحديثة؟ ربما يكون التباين بين النسبية العامة والميكانيكا الكمومية هو الجواب! يُعد هذا التباين شوكةً في خاصرة العلماء لعقود. على الرغم من النظريات المُحتملة لتسوية هذا الخلاف، إلا أن الأدلة التجريبية قليلة. لكن يأتي سليم شاهريار من جامعة نورث وسترن، مدعومًا من معهد ناسا للمفاهيم المتقدمة، ليُقدم حلًا قد يُغير قواعد اللعبة! فهو يعمل على مشروع يُسمى “القياس الفضائي المُتناهي الدقة للتوقيع المُعادل لمبدأ الجاذبية الكمومية (SUPREME-GQ)”. هل ستُقدم هذه التجربة البيانات الضرورية لتفسير الجاذبية الكمية؟ لننتظر ونرى! 🚀
تُعد التجربة معقدة، فهي تعتمد على منصة فضائية مُجهزة بمُستشعر مُشابك كموميّ ونظم تحديد مواقع دقيقة. لنتعرف سويةً على سبب أهميتها في اختبار الجاذبية الكمية. دعونا نبدأ بمبدأ التكافؤ، أحد المبادئ الأساسية في النسبية العامة.
ينص مبدأ التكافؤ على أن الجاذبية والتسارع متماثلان. وهو أساس النسبية العامة، التي تُعامل الجاذبية كمنحنى في الزمان والمكان بدلاً من قوة. لكن العديد من نظريات الجاذبية الكمية تتوقع انحرافًا عن هذا التكافؤ على نطاقات دقيقة، حيث تبدأ الميكانيكا الكمومية بالسيطرة.
يُعبّر الفيزيائيون عن هذا الانحراف بواسطة “معامل أوتفوس”. يُوضح هذا المعامل مدى القرابة بين الكتلة الجاذبية والكتلة القصورية. في النسبية العامة، يجب أن تكون متساويتين. لكن مع اقترابنا من عالم الميكانيكا الكمومية، تبدأ بعض النظريات بتوقع انحراف، يُمثل بِقيمة غير صفريّة لمعامل أوتفوس.
تم اختبار قيمة هذا المعامل حتى حوالي 10-15 بواسطة تجربة MICROSCOPE، والتي تم تصميمها خصيصًا لاختبار هذه النظرية. وقد نشر الباحثون تقريرًا في عام 2022، ما يزال أَدق قياس لمعامل إيتفويس حتى اليوم. على الرغم من أن تجربة MICROSCOPE حققت نتائج جيدة، إلا أن مقاييس التسارع التقليدية المستخدمة فيها لم تكن دقيقة بما يكفي لقياس مستوى 10-18 الذي تتوقعه بعض النظريات، مثل نظرية الأوتار.
يهدف الدكتور شاهريار وفريقه إلى تطوير منصة فضائية تستخدم مقاييس تداخل الذرات لتحديد قيمة المعامل إلى 10-20، حيث يمكنها إثبات أو دحض بعض نظريات الجاذبية الكمومية. يُعد هذا تحديًا كبيرًا يتطلب الكثير من العمل التحضيري.
تعتمد مقاييس تداخل الذرات على الطبيعة المزدوجة للذرات (موجة وجسيم) وتقسيم حزمة من الذرات إلى مسارات منفصلة باستخدام الليزر. في تجربة الدكتور شاهريار، ستكون الذرات المُستخدمة هي ذرات الروبيديوم. بعد الانقسام، إذا لم تُرصد الذرات، فإنها تدخل في حالة مكافئة لتجربة القطة الشهيرة لشرودنجر في ميكانيكا الكم.
لم يتم إنشاء مثل هذه الحالة الكمومية المُتَشابكة من قبل. طور الفريق “بروتوكول الضغط الصوتي المُعمم” والذي يسمح نظريًا بالحفاظ على الحالة الكمومية المُتَشابكة لفترة طويلة. من شأن ذلك أن يُمكّن من قياس الاختلافات بدقة بين الحالتين عندما يتم إعادة دمجهما في نهاية المطاف، وقد تؤدي هذه الاختلافات إلى قياس دقيق للغاية لمعامل إيتفوس. ✨
يمكن استخدام التكنولوجيا الأساسية، التي أطلق عليها الفريق اسم “مُداخل مُتداخل ذريّ لقطة شرودنغر” (SCAI)، لتطبيقاتٍ على سطح الأرض. إذا نجح التنفيذ، فستكون هذه المستشعرات أكثر دقةً بألوفٍ من المرات من المُعجّلات أو المجاهر المُعتادة، والتي تُستخدم بالفعل في تطبيقاتٍ متنوعةٍ مثل أنظمة التوجيه والملاحة والسيارات. 🚗
لا يزال هناك الكثير من العمل، حتى لإثبات إمكانية التنفيذ النظري لهذه التكنولوجيا في العالم الحقيقي. لكن إذا نجح الدكتور شاهريار وفريقه في صنع مُداخل مُتداخل ذريّ لقطة شرودنغر وظيفيٍّ في الفضاء، فسوف نتقدّم خطواتٍ كبيرةً نحو فهم إحدى أكبر المشاكل في الفيزياء الحديثة.
تعرف على المزيد:
المصدر: المصدر