کشف راهی برای ردیابی ذرات مشاهده نشدۀ کوانتومی

[آیدا.ف]

بنگ، دیوید آرویدسون شوکور، محقق ارشد این پژوهش و دانشجوی دکتری در آزمایشگاه کاوندیش دانشگاه کمبریج فردی بود که قضیه ای در فیزیک به نام “تابع موج” توجه او را به خود جلب کرد. آرویدسون در بیانیه ای خبری اظهار داشت که این قضیه تاکنون بیشتر به عنوان ابزاری در ریاضیات مورد استفاده قرار می گرفته است تا توضیحی برای ذرات کوانتومی. او در ادامه گفت: «به همین دلیل است که ما چالش یافتن راهی برای ردیابی حرکات مرموز ذرات کوانتوم را پذیرفتیم.»



محققان نشان دادند که بجای اندازه گیری شی کوانتومی، می توان با بررسی نحوۀ تعاملات جسم کوانتومی با محیط اطراف آن، ذرات مشاهده نشدۀ کوانتومی را ردیابی نمود. ذرات در حین حرکت، محیط اطراف خود را “نشانه گذاری´می کنند. هر نشانه یا همکنش با محیط، اطلاعاتی را درون ذره کدگذاری می کند. بنابراین آرویدسون و همکارانش روشی را ابداع کردند تا این تعاملات نشانه ای را فاقد مشاهده مستقیم، ردیابی کنند. همچنین محققان در خلال بررسی این نشانه ها دریافتند که می توان این اطلاعات را در پایان هر آزمایش کدگشایی کرد. این موضوع به دانشمندان کمک می کند تا حرکات ذرات کوانتوم را دنبال کرده و رفتارهای آنها را پیش بینی کنند.

قلمرو ممنوعه

این روش نوین امکان آزمایش پیش بینی های قبلی در مکانیک کوانتوم را فراهم می کند. این پیش بینی ها شامل ایده هایی از این دست هستند که یک ذره می تواند همزمان در دو مکان مختلف حضور داشته باشد یا نظراتی از قبیل تله پاتی که در آن اطلاعات فاقد مبادلۀ هیچ ذره ای میان دو نفر منتقل می شود. بنابراین این تحقیقات نه تنها ثابت می کند که مسئله ای غیرممکن، به ممکن تبدیل شده است، بلکه می تواند امکان اثبات بالقوۀ تله پاتی را فراهم کند. مهمتر اینکه شاید این تحقیقات درک ما از ذرات موجی را دستخوش تغییر سازد. پیشتر ذرات موجی به عنوان ابزارهای محاسباتی انتزاعی شناخته می شدند که از آنها برای پیش بینی نتیجۀ آزمایشات کوانتومی استفاده می شد اما محققان دریافتند که اطلاعات کدگذاری شده در هر ذره کوانتومی پس از هر تعامل نشانه ای مستقیما با تابع موج در ارتباط است.

آرویدسون در بیانیۀ خبری خود اظهار داشت: «نتایج آزمایشات ما نشان می دهد “تابع موج” ارتباط نزدیکی با حالت اصلی ذره دارد. بنابراین ما موفق به بررسی قلمرو ممنوعۀ مکانیک کوانتوم یعنی ردیابی ذرات کوانتومی مشاهده نشده شدیم.» این تحقیقات می تواند به پیشبرد تلاش های دانشمندان در درک حرکات و رفتار ذرات کوانتومی و موجی کمک کند. حقایق بنیادین فیزیک کوانتوم را می توان با خیل اطلاعات نوین مورد آزمایش قرار داد و حتی ممکن است اکتشافات بسیاری در انتهای این مسیر منتظر ما باشند. جزئیات بیشتر این پژوهش در نشریۀ Physical Review A منتشر شده است.