مشاهدۀ اثرات عجیب کوانتومی در ذرات نوترینو

بیگ بنگ: فیزیکدانان دانشگاه MIT دریافتند که ذرات زیر اتمی بنام نوترینوها می توانند به هنگام طی صدها مایل بدون هیچ هویت فردی قرار گیرند. نتایج این محققان که قرار است همین ماه در نشریه مقالات فیزیک منتشر شود، حاکی از طولانی ترین فاصله ای است که مکانیک کوانتومی تاکنون در آن به آزمایش رسیده است.

cosmicray-webبه گزارش بیگ بنگ، تیم تحقیقاتی داده ها را از لحاظ نوسانات نوترینوها مورد تجزیه و تحلیل قرار دادند. نوترینوها ذرات زیر اتمی هستند که به طرز بسیار ضعیفی با ماده بر هم کنش می نمایند، این در حالی است که میلیاردها نوترینو طی هر ثانیه بدون هیچ تاثیری از بدن ما عبور می کنند. این ذرات با دارا بودن قابلیت سفر در کیهان با سرعتی نزدیک به سرعت نور می توانند نوسان کرده یا بین چندین کوارک مختلف دستخوش تغییر قرار بگیرند. در دنیای کوانتوم، رفتارهای عجیب و غریب و غیر منطقی ذرات بینهایت کوچک به وفور مشاهده می شود؛ شاید عجیب ترین آنها ایده ی “بر هم نهی” باشد که در آن ذرات می توانند بطور همزمان در دو یا چند حالت دور از عقل وجود داشته باشند.

برای مثال بر طبق قوانین مکانیک کوانتومی، الکترون ها قابلیت چرخش بصورت موافق و مخالف با عقربه های ساعت را دارند. این عمل در هر دو وضعیت آرامش و برانگیخته میسر می باشد. اروین شرودینگر فیزیکدان مشهور بیش از هشتاد سال پیش به برخی از پیامدهای عجیب ایده ی “برهم نهی” اشاره نمود. وی این کار را با آزمایشی فکری و محبوس کردن گربه ای در یک جعبه با منبع رادیو اکتیو به انجام رسانید. بر اساس قوانین مکانیک کوانتوم، گربه می توانست در حالت برهم نهی قرار گیرد یعنی همزمان هم زنده باشد و هم مرده! دانشمندان از آن زمان به بعد طی پژوهش هایی اثبات کرده اند که ذرات می توانند در مقیاس های زیر اتمی و کوانتومی حالت فوق الذکر را داشته باشند. اما اینکه چنین پدیده ی عجیبی در دنیای بزرگ مقیاس ما مشاهده گردد یا خیر، پرسشی است که تحقیقات برای یافتن پاسخش ادامه دارد.

محققان بتازگی داده هایی از مرکز جستجوی نوسان نوترینو آزمایشگاه فرمی یا MINOS بدست آورده اند آزمایشی که طی آن نوترینوها در اثر پراکنش سایر ذرات شتابدار پر انرژی در تشکیلاتی در نزدیکی شیکاگو پدید می آیند. نوترینوها در دستگاه آشکارساز مینسوتا یعنی ۷۳۵ کیلومتر دورتر پرتو افکنی می شوند. اگرچه نوترینوها از ایالت ایلینویز خارج می شوند، اما آنها نوساناتی را در طول سفر خود تجربه کرده و در نهایت به مینسوتا می رسند. تیم تحقیقاتی دانشگاه MIT به مطالعه ی توزیع ویژگی های نوترینوهای تولید شده در ایلینویز و ویژگی های بدست آمده ی آنها در مینسوتا پرداخت.

MIT-Superposition-1یافته ها نشان دادند که این توزیع ها به راحتی با مکانیک کوانتومی قابل توضیح اند: از آنجا که نوترینوها در میان راکتور و آشکارساز با سرعت به حرکت در می آیند، احتمال می رود آنها از لحاظ آماری در حالت ” برهم نهی” باشند که نشان از عدم وجود هویتی قطعی است. علاوه بر این، محققان دریافتند که داده ها به شدت با تعاریف قدیمی تری از چگونگی رفتار ماده در تناقض می باشند. از دیدگاه آماری غیر محتمل است داده ها با هر مدلی که اینشتین در جستجوی آن بود توصیف شوند. در چنین مدلی، اشیاء به جای اینکه در حالت برهم نهی باشند، همواره نمایانگر ویژگی قطعی هستند.

دیوید قیصر استاد تاریخ علوم و استاد فیزیک در MIT گفت: « این بسی شگفت انگیز است که مکانیک کوانتومی فقط در مقیاس های کوچک کاربرد دارد. پژوهش ها حاکی از آن است که امکان فرار از دست مکانیک کوانتومی وجود ندارد، حتی زمانی که این ذرات در اثر پیمودن صدها مایل از حالتی به حالت دیگر تبدیل شوند. این مسئله بسیار نفس گیر و جالب توجه می باشد.»

تیم تحقیقاتی داده های آزمایشگاه فرمی را با بکارگیری نسخه ی تغییر یافته ی نابرابری Leggett-Garg (عبارتی ریاضی به پاس زحمات انتونی لگارت و انوپام گارگ به این نام نامگذاری شد) مورد تجزیه و تحلیل قرار دادند. این دو فیزیکدان برای اینکه دریابند سیستمی با دو یا چند حالت مختلف به روش کوانتومی یا کلاسیک عمل میکند یا خیر، روش فوق را به کار بستند. لگارت و گارگ به این نتیجه رسیدند که اندازه گیری چنین سیستمی و همچنین همبستگی آماری میان اندازه گیری ها باید در صورتی متفاوت باشد که سیستم بتواند بر اساس قوانین مکانیک کوانتومی و کلاسیک رفتار نماید. بر اساس نظریه ی اینشتین، نوترینوها رفتاری کلاسیک از خود بروز می دهند. تفاوتی هم ایجاد نمی کند که آنها در حالت کوانتومی عمل نمایند.

دانشمندان با مقایسه ی دو توزیع پیش بینی شده دریافتند که هیچ هم پوشانی وجود ندارد. مهم تر از همه، هنگامی که محققان پیش بینی ها را با توزیع حقیقی ویژگی های نوترینوها مورد مقایسه قرار دادند(پیش بینی های حاصل از آزمایش MINOS) مشخص شد که داده ها مطابقت کاملی با توزیع پیش بینی شده ی سیستم کوانتومی دارند. این بدان معناست که احتمالا نوترینوها به هنگام پیمودن صدها مایل از هویت فردی بی بهره بوده اند.

maxresdefaultاما چه می شود اگر این ذرات ویژگی های متمایزی را در هر لحظه از زمان بروز دهند، به جای آنکه شبحی خیالی در دنیای فیزیک کوانتوم تلقی شوند؟ چه می شود اگر نوترینوها براساس دیدگاه واقع گرایانه ی اینشتین از جهان رفتار کنند؟ در مجموع، به دلیل ناقص بودن تجهیزات، امکان ِ عدم قطعیت آماری دور از انتظار نیست. پس هنوز احتمال به وجود آمدن توزیع نوترینوها وجود دارد که محققان از آن سخن می گویند. “قیصر” معتقد است که اگر چنین مواردی باشد و جهان از یافته ها و منطق اینشتین تبعیت کند، احتمال درستی چنین مدلی برای داده های جمع آوری شده شاید یک در میلیارد باشد.

قیصر در ادامه افزاید: « آنچه که تلنگری در ذهن افراد ایجاد می کند این است که مکانیک کوانتومی به لحاظ کمی دقیق بوده و این گنجینه های مفهومی را یدک می کشد. به همین خاطر است که من نسبت به چنین آزمایش هایی علاقه نشان می دهم، در ضمن نباید فقط به دنیای عجیب کوانتومی بسنده کنیم. اما با فرض چنین وضعیتی هم نمی توان استفاده از مکانیک کوانتومی را تکذیب کرد. ما شاهد آن هستیم که اثرات کوانتومی در طول فواصل ماکروسکوپی تداوم می یابند.» قیصر یکی از محققانی است که به همراه جوزف فرمگیو استاد فیزیک دانشگاه MIT و میکولا مرسکیج دانشجوی فارغ التحصیل بر روی این مقاله کار کرده است.

مترجم: منصور نقی لو / سایت علمی بیگ بنگ

منبع: dailygalaxy.com

image_pdfimage_print
(12 نفر , میانگین : 4٫67 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=53508
منصور نقی لو

منصور نقی لو

کارشناسی مترجمی زبان انگلیسی. علاقمند به نجوم، کیهان شناسی، فرگشت، اکتساب زبان اول، یادگیری زبان دوم و بعنوان نویسنده علمی- نجومی در وب سایت بیگ بنگ فعالیت می کند.

شما ممکن است این را هم بپسندید

یک پاسخ

  1. بک گفت:

    سلام.وبسایت خیلی خوبی دارید.ممنون

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *