مستشعرات التشابك الكمي يمكن أن تختبر الجاذبية الكمية
هل تتساءل عن أكبر تحديات الفيزياء الحديثة؟ 🧐 يُعدّ التباين بين النسبية العامة والميكانيكا الكمّية من أهمّ هذه التحديات، وقد أربك العلماء لسنوات. رغم بعض النظريات المُقترحة لحل هذا اللغز، إلا أن الأدلة التجريبية ما تزال نادرة. ولكن، قد تأتي منحة جديدة من معهد ناسا للمفاهيم المتقدمة لتغيير ذلك! 🌠 سليم شاهريار من جامعة نورثويسترن، تم تمويله مؤخرًا للعمل على مشروع “القياس الفضائي فائق الدقة للتوقيع المكافئ لمبدأ الجاذبية الكمّية” (SUPREME-GQ)؛ لجمع بيانات دقيقة حول هذا الموضوع المُثير للاهتمام. 🚀
تجربة SUPREME-GQ، معقدة بعض الشيء! 🤯 تعتمد على منصة فضائية تحمل مستشعرات تشابك كموميّ ونظم تحديد مواقع دقيقة. لنتعرف معًا على سبب أهميتها في اختبار الجاذبية الكمومية. 🔭
دعونا نُلقي نظرة على مبدأ التكافؤ، أحد أهمّ مبادئ النسبية العامة. ⚖️ ينصّ هذا المبدأ على أن الجاذبية والتسارع متماثلان. فهي جوهر النسبية العامة، حيث تُعامل الجاذبية كمنحنى في الزمكان وليس قوة. لكن نظريات الجاذبية الكمومية تتوقع انحرافات دقيقة عن هذا التكافؤ على نطاقات محددة حيث تبدأ الميكانيكا الكمومية بالسيطرة.
فيزيائيّو الجاذبية الكمومية يُستخدمون مصطلح “معامل أوتفوس” لوصف هذه الانحرافات. وهو يقيس مدى التقارب بين الكتلة الجاذبية والكتلة القصورية. في النسبية العامة، يجب أن تكونا متساويتين. لكن، في العالم الكمّيّ، تتوقع بعض النظريات أن يكون هناك اختلاف بينهما (أي أن معامل أوتفوس ليس صفراً).
تم اختبار قيمة معامل أوتفوس حتى حوالي 10-15 بواسطة تجربة MICROSCOPE، التي صُممت خصيصًا لاختبار هذا المبدأ. ونُشِرَ تقريرٌ في عام 2022 يُمثّل أَدق قياس لنا لمعامل أوتفوس حتى الآن. لكن، استخدمت MICROSCOPE مقاييس تسارع تقليدية، لم تكن دقيقة بما يكفي لقياس مستوى 10-18، الذي تتنبأ به بعض نظريات الجاذبية الكمومية (مثل نظرية الأوتار).
يدخل الدكتور شاهريار وفريقه لتطوير منصة فضائية تستخدم مقاييس تداخل ذرية لتحديد قيمة المعامل بدقة تصل إلى 10-20. وهذا يمكن أن يُؤدي إلى إثبات أو دحض بعض نظريات الجاذبية الكمومية. لكن هذا يتطلب الكثير من العمل! 🚀
تعتمد مقاييس التداخل الذرية على الطبيعة المزدوجة للذرات، وتقسيم شعاع من الذرات إلى مسارات منفصلة باستخدام الليزر. في تجربة الدكتور شاهريار، ستكون الذرات المستخدمة هي ذرات الروبيديوم. بعد تقسيمها، تدخل هذه الذرات في حالة مكافئة لما يُعرف بتجربة القطة لشرودنجر في ميكانيكا الكمّ. 🐱
ولكن، لم يُجرَ من قبل إنشاء مثل هذه الحالة الكمومية المتشابكة لفترات طويلة. لقد طور فريقه “بروتوكول الضغط الصوتي المُعمم” للحفاظ على هذه الحالة المتشابكة لفترة أطول. ⏱️ وسيتيح ذلك إجراء قياسات دقيقة للاختلافات بين الحالتين عندما تُجمع في النهاية. وقد تُؤدي هذه الاختلافات إلى قياس دقيق للغاية لمعامل أوتفوس.
يمكن استخدام هذه التكنولوجيا، التي أطلق عليها الفريق اسم “مُداخل مُتحرِّك ذريّ لقطة شرودينغر” (SCAI) في بيان صحفيٍّ حديث، في تطبيقات متنوعة على الأرض. ستكون هذه المستشعرات، باستخدام تنفيذها النظري، أكثر دقةً بألوفٍ من المرات من مُعجِّلات أو مُسارِعات الدوران التقليدية المستخدمة حاليًا في أنظمة التوجيه والملاحة والسيارات. 🚗
لا يزال هناك الكثير من العمل الذي يجب القيام به، لكن إذا تمكن الدكتور شاهريار وفريقه من صنع مُداخل مُتحرِّك ذريّ لقطة شرودينغر (SCAI) وظيفيّ في الفضاء، فسوف نقترب خطوةً من حل أحد أكبر التحديات في الفيزياء الحديثة. 🌠
لمزيد من المعلومات:
المصدر: المصدر