هل تتساءل عن أكبر تحديات الفيزياء الحديثة؟ 🤔 ربما يكون التناقض بين النسبية العامة وميكانيكا الكمّ شوكةً في حلق الفيزيائيين لعقود. 🪐 على الرغم من وجود نظريات واعدة، إلا أن الأدلة التجريبية قليلة. 🔬 ولكن الآن، منحت ناسا منحةً جديدةً لدراسة مُذهلة، يُدعى مشروع “القياس الفضائي المُتناهي الدقة للتوقيع المُكافئ لمبدأ الجاذبية الكمّية” (SUPREME-GQ)، بقيادة سليم شاهريار من جامعة نورث وسترن. 🌎 أمل هذا المشروع هو إيجاد البيانات التجريبية الدقيقة حول هذا الموضوع! 🚀
تجربة SUPREME-GQ معقدة بعض الشيء. 🤯 تعتمد على منصة فضائية مزودة بمستشعر مُشَبَّك كموميًا ونظم تحديد مواقع دقيقة. ولكن لماذا هي مهمة لاختبار الجاذبية الكمومية؟ دعنا نُلقي نظرة على مبدأ التكافؤ، أحد المبادئ الأساسية في النسبية العامة. 🧐
ينص مبدأ التكافؤ على أن الجاذبية والتسارع متماثلان. وهو أساس النسبية العامة، التي تعتبر الجاذبية انحناءً في الزمكان وليس قوةً أساسية. لكن العديد من نظريات الجاذبية الكمومية تتوقع انحرافًا عن هذا التكافؤ على نطاقاتٍ صغيرة، حيث تبدأ ميكانيكا الكمّ بالسيطرة.
فيزيائيون يُعبّرون عن هذا الانحراف باستخدام معامل أوتفوس. يُظهر هذا المعامل مدى التشابه بين الكتلة الجاذبية والكتلة القصورية. في النسبية العامة، يجب أن يكونا متساويين. ولكن في بعض النظريات الجديدة للجاذبية الكمومية، يظهر اختلافٌ بينهما، ويُمثل هذا الاختلاف بقيمة غير صفريّة لمعامل أوتفوس.
تم اختبار قيمة هذا المعامل سابقًا حتى حوالي 10-15 من قبل تجربة MICROSCOPE. في عام 2022، نشر الباحثون في هذا المشروع دراسةً رائعةً كانت الأكثر دقةً لقياس معامل أوتفوس. ومع ذلك، استخدمت MICROSCOPE مقاييس تسارع تقليدية، والتي لم تكن دقيقة بما يكفي لقياس مستوى 10-18 الذي تتنبأ به بعض نظريات الجاذبية الكمومية.
يُركز الدكتور شاهريار وفريقه على تطوير منصة فضائية تستخدم مقاييس التداخل الذرية لتحديد قيمة المعامل إلى 10-20، لإثبات أو دحض بعض نظريات الجاذبية الكمومية. هناك الكثير من العمل التحضيري اللازم لذلك.
تُستخدم مقاييس التداخل الذرية باستخدام الطبيعة المزدوجة للذرات (الطبيعة الموجية/الجزئية)، وتقسيم شعاع من الذرات إلى مسارات منفصلة باستخدام الليزر. في تجربة الدكتور شاهريار، ستكون هذه الذرات من الروبيديوم. في نهاية الأمر، يُمكن أن تُؤدّي هذه الاختلافات إلى قياس دقيق للغاية لمعامل أوتفوس.
التكنولوجيا الأساسية، التي أطلق عليها الفريق اسم “مُداخلات ذرية للقطّ شرودينغر” (SCAI)، يمكن استخدامها في تطبيقات على سطح الأرض أيضًا. إذا نجحت، ستكون هذه المستشعرات أكثر دقةً بألوف المرات من المُعجّلات أو المُجاهر الدوارة النموذجية المستخدمة حاليًا في أنظمة التوجيه والملاحة. حتى الآن، لم يتم إنشاء حالة ميكانيكية كمومية مُشابكة على هذا النطاق، وهذا ما يُعدّ الخطوة التالية في عمل الدكتور شاهريار.
لا يزال هناك عملٌ كبيرٌ لجعل هذه التكنولوجيا واقعًا ملموسًا. لكن إذا نجح الدكتور شاهريار وفريقه في إنجاز هذا المشروع، سنكون أقرب قليلاً إلى حل أحد أكبر ألغاز الفيزياء الحديثة.
المزيد من المعلومات:
- قياس فائق الدقة في الفضاء لتوقيع مبدأ التكافؤ في الجاذبية الكمومية
- المصدر
- أبحاث أخرى مُتعلقة بالجاذبية الكمومية