مستشعرات التشابك الكميّ قد تُختبر الجاذبية الكميّة
هل تساءلت يومًا عن التناقض بين النسبية العامة والميكانيكا الكمومية؟ 🤔 يُعدّ هذا التناقض أحد أكثر التحديات إرباكًا في الفيزياء الحديثة. 🔭 على الرغم من الجهود المبذولة لتطوير نظريات توفيق بينهما، إلا أن الأدلة التجريبية لا تزال شحيحة. ولكن، قد يُقدم مشروع “قياس الفضاء فوق الدقة للتوقيع المكافئ لمبدأ الجاذبية الكمومية (SUPREME-GQ)” منحةً جديدةً من معهد ناسا للمفاهيم المتقدمة. سيسعى هذا المشروع، بقيادة سليم شاهريار من جامعة نورث وسترن، إلى جمع بياناتٍ تجريبيةٍ دقيقةٍ حول هذا الموضوع المعقد! 🚀
تجربة (SUPREME-GQ) معقدةٌ بعض الشيء، 🤓 فهي تعتمد على منصة فضائية مزودة بمُستشعرٍ كموميٍ مُتشابك، ونظام تحديدٍ مُتناهي الدقة. لكن ما الذي يجعلها مهمة في اختبار الجاذبية الكمية؟
دعونا نبدأ بمبدأ التكافؤ، من أهم مبادئ النسبية العامة. 💫 ينص مبدأ التكافؤ على أن الجاذبية والتسارع متماثلان، وهو ما تعتمده النسبية العامة في وصف الجاذبية بأنها انحناء في الزمكان بدلًا من قوةٍ أساسية. لكن بعض نظريات الجاذبية الكمية تتوقع انحرافًا عن هذا التكافؤ على نطاقات دقيقة، حيث تبدأ الميكانيكا الكمومية في السيطرة! 🔬
يستخدم الفيزيائيون “معامل إيتفوس” لوصف هذا الانحراف. 📏 يُحدد هذا المعامل مدى التقارب بين الكتلة الجاذبية والكتلة القصورية. في النسبية العامة، يجب أن تكون متساويتين. لكن، مع اقترابنا من نطاقات ميكانيكا الكم، تبدأ بعض نظريات الجاذبية الكمومية في التنبؤ بأن هذا المعامل لن يكون صفراً. 🤯
حتى الآن، تم اختبار قيمة هذا المعامل بدقةٍ عاليةٍ حتى 10-15 من خلال تجربة MICROSCOPE. ولكن، لم تكن دقيقةً بما يكفي لقياس مستوى 10-18، الذي تتوقع نظرياتٌ مثل نظرية الأوتار أن يكون هناك انحراف في المعامل عند هذا المستوى! 😔
يهدف الدكتور شاهريار وفريقه إلى تطوير منصة فضائية تستخدم مقايسات ذرية لتصل إلى قيمة المعلمة 10-20، مما يمكنهم من إثبات أو دحض بعض نظريات الجاذبية الكمومية. ولتحقيق ذلك، يتطلب الأمر أعمالًا تحضيريةً دقيقةً! ⚙️
تُعتمد مقايسات الذرات على استخدام الطبيعة المزدوجة للذرات (موجية/جزئية)، وتقسيم حزمةٍ من الذرات إلى مساراتٍ منفصلةٍ باستخدام الليزر. 💡 في تجربة الدكتور شاهريار، ستكون الذرات روبيديوم. بعد تقسيمها، إذا لم تُلاحظ حالة معينة، فإنها تدخل في حالة مماثلة لتجربة القطة الشهيرة لشرودنجر في ميكانيكا الكم. 🐱
ولكن لم يُنفذ سابقًا إنشاء هذه الحالة الكمومية المتشابكة لفترةٍ طويلة، وهي خطوةً أساسيةً في عمل الدكتور شاهريار. لقد طور فريقه “بروتوكول الضغط الصوتي المُعمم”، والذي يسمح بالحفاظ على الحالة الكمومية المتشابكة لفترةٍ طويلة. 🚀 سيتيح ذلك قياسًا دقيقًا لاختلافات بين الحالتين عند إعادة دمجهما، وقد تؤدي هذه الاختلافات إلى قياسٍ دقيقٍ للغاية لمعامل إيتفوس! 🔭
التكنولوجيا الأساسية، التي أطلق عليها الفريق اسم “مُداخلَة ذرّية قطّ قطة شرودينغر” (SCAI)، 🤯يمكن استخدامها أيضًا في تطبيقاتٍ أرضية، إذا ما أمكن، فستكون أكثر دقةً بألوفٍ من المرات من مُسارعِات التسارع أو الجيروسكوبات العادية، المُستخدمة في أنظمة التوجيه والملاحة والسيارات. 🚗
لا يزال هناك الكثير من العمل الذي يجب إنجازه لإثبات إمكانية تنفيذ هذه التكنولوجيا في العالم الحقيقي. لكن، إذا نجح الدكتور شاهريار وفريقه، فسوف نقترب خطوةً من حلّ أحد أكبر المشكلات في الفيزياء الحديثة! 🤔
المزيد من المعلومات: