وب کلیک

جریان برگشتی : اگر ذرات کوانتومی را هل دهید، به سمت شما حرکت خواهند کـــرد!

۳۱ تیر ۱۳۹۶

این روزها،‌ واژه‌ی کوانتوم، مترادف انجام گرفته با مفاهیم عجیب و غریبی که به هیچ وجه با عقل سلیم ماکروسکوپی ما جور درنمی‌آیند. در این مقاله، باز هم سروکله‌ی یکی از این ویژگی‌های عجیب پیدا انجام گرفته هست. تا حالا انجام گرفته تایمی یک ماشین را به سمت جلو هل می‌دهید، به سمت عقب حرکت کند؟ قطعا نه! اما در دنیای کوانتومی،‌دقیقا چنین اتفاقی رخ می‌دهد. این ویژگی که جریان برگشتی نام دارد، حالا توسط دانشمندان برای پایان ذرات کوانتومی، اثبات انجام گرفته هست. نتیجه‌ی این پژوهش، سه روز پیش در مجله Physical Review A منتشر انجام گرفت. با وب کلیک همراه باشید…

جریان برگشتی (backflow)، پدیده‌ای کوانتومی هست و زمانی اتفاق می‌افتد که حرکت ذره‌ی آزاد کوانتومی را در یک بعد، در نظر بگیریم. ذره‌ی آزاد (Free particle) ذره‌ای هست که تحت تاثیر هیچ نیروی خارجی نباانجام گرفت. اگر در حالتی که فقط جهت مثبت، در اختیار باانجام گرفت، ذره در جهت مخالف با فشاری که به آن وارد می‌شود، حرکت کند، به آن جریان برگشتی می‌گوییم (اثر مشابهی را قبلا در مورد جرم منفی دیده بودیم). در خانومدگی روزمره، اشیا در همان جهت تکانه‌ی خود حرکت می‌کنند، اما این امر دیگر در مقیاس‌های میکروسکوپی درست نیست. ریاضیدانان دانشگاه‌های یورک، مونیخ و کاردیف‌،‌این ویژگی منحصر بفرد را در ذرات کوانتومی شناسایی کـــرده‌اند. ذرات کوانتومی می‌توانند تا حدی به سمت عقب برگردند و در جهت مخالف تکانه‌ی خود حرکت کنند.

این نخستین باری هست که چنین خاصیتی در ذره‌ای تحت تاثیر نیروهای خارجی، پیدا انجام گرفته هست. قبلا دانشمندان از این حرکت، تنها در ذرات آزاد کوانتومی آگاه بودند. محققان همچنین با هستفاده از ترکیبی از روش‌های تحلیلی و عددی، برآوردهای دقیقی درباره‌ی قدرت این پدیده به دست آوردند. این نتایج نشان می‌دهد جریان برگشتی متداوم وجود دارد، اما یک اثر نسبتا جزئی هست. جزئی بودن این اثر می‌تواند دلیلی برای توضیح اینکه دلیل تاکنون اندازه گیری نانجام گرفته، باانجام گرفت. این کشف راه را برای تحقیق افزایش در مکانیک کوانتومی هموار می‌کند و می‌تواند در آزمایش‌های فردا در زمینه‌های فناوری کوانتومی مانند رمزگذاری رایانه‌ای مورد هستفاده قرار گیرد.

دکتر هنینگ بوستلمن (Henning Bostelmann)، پژوهشگر گروه ریاضی دانشکده‌ی یورک گفت:

این تجزیه و تحلیل نظری جدید در زمینه‌ی ذرات مکانیک کوانتومی نشان می‌دهد که جریان برگشتی در فیزیک کوانتومی در همه جا حضور دارد. ما نشان داده‌ایم که جریان برگشتی متداوم می‌تواند رخ دهد؛ حتی اگر نیرو بر روی ذرات کوانتومیِ در حال حرکت، اعمال شود. اثر جریان برگشتی، حاصل دوگانگی موج-ذره و ماهیت احتمالاتی مکانیک کوانتومی هست و در حال حاضر در مورد حرکت بدون نیرو، به نیکوی درک انجام گرفته هست.

دکتر گندالف لکنر (Gandalf Lechner)، محقق دانشکده‌ی ریاضی دانشگاه کاردیف گفت:

به صورت حتم نیروها نیز می‌توانند ذرات را وادار کنند تا به عقب برگردند، یعنی نیرو‌ها می‌توانند ذرات را منتصویرش کنند و همین امر به طور طبیعی موجب افزایش جریان برگشتی می‌شود. اما می‌توانیم نشان دهیم که حتی در یک محیط تکمیلا عاری از بازتاب دهنده، جریان برگشتی اتفاق می‌افتد. از سوی دیگر، ما دریافتیم که در صورت وجود بازتاب، جریان برگشتی به صورت یک اثر جزئی باقی مانده و مقدار آن می‌تواند تخمین زده ‌شود.

دکتر دنیلا کادامورو (Daniela Cadamuro)، محقق دانشگاه فنی مونیخ گفت:

اثر جریان برگشتی در مکانیک کوانتومی مدت زمان زیادی هست که شناخته انجام گرفته، اما متداوم در مورد ذرات کوانتومی آزاد مورد بحث قرار گرفته هست. اثر جریان برگشتی در ذرات کوانتومی آزاد به دلیل حالت غیر واقعی آن‌ها آرمان‌گرایانه هست، ولی ما نشان داده‌ایم که جریان برگشتی در حضور نیروهای خارجی هم رخ می‌دهد. این بدان معنی هست که نیروهای خارجی اثر جریان برگشتی را از بین نمی‌برند: کشف جدیدی که هیجان انگیز هست. این یافته‌ها ما را قادر می‌کند تا پیکربندی مطلوبی از یک ذره‌ی کوانتومی با حداکثر مقدار جریان برگشتی را کشف کنیم که برای تحقیقات تجربی فردا حیاتی هست.

افزایش بخوانید: