اندازه‌گیری “هیچ مطلق” با دقتی زیاد

0
2071

بیگ بنگ: برخی از نویسندگان به مدت چندین دهه سعی داشتند طیف امواج کوچک ِ تشکیل دهندۀ فضای خلأ را اندازه‌گیری کنند، اما تاکنون هیچ‌یک روش خوبی برای دستیابی به آن پیدا نکرده‌اند. اما بتازگی فیزیکدانان ِ موسسه فناوری فدرال زوریخ بطور ِ هوشمندانه از پالس‌های لیزری برای درک ماهیت کوانتومی خلأ استفاده کردند و به نقطه عطفی در اندازه‌گیری هیچ ِ مطلق دست یافتند.

vacuum measurements electromagneticfieldبه گزارش بیگ بنگ، جهان ما اساسأ ناهموار است. همانند یک بوم نقاشی سفید، واقعیت دارای یک بافت است که فقط می‌توانیم آن را کشف کنیم. توضیحی که برای غیاب محض ماده و تابش داریم فقط یک میدان ِ احتمالی نامحدود است که ذرات از آن ظهور پیدا می‌کنند.

در واقع، یک میدان برای هر ذرۀ ابتدایی وجود دارد که منتظر انرژی کافی برای تعریف ویژگی‌های کلیدی وجود آن است. این ذرات همگی محدود به یک قانون عجیب هستند – وقتی بعضی از احتمالات افزایش می‌یابند، بقیه‌ی احتمالات کاهش پیدا می‌کنند. برای مثال، یک ذره می‌تواند در یک موقعیت دقیق باشد، اما ممکن است یک تکانۀ مبهم داشته باشد یا بالعکس.

این اصل عدم‌قطعیت فقط برای ذرات اعمال نمی‌شود بلکه برای خود ِ میدان خلأ نیز به کار می‌رود. همانطور که بوم ِ نقاشی یک نقاش هموار به نظر می‌رسد، در مدت ِ یک دورۀ زمانی طولانی، مقدار انرژی در یک فضای خالی تا صفر کاهش می‌یابد. اما همانطور که تمرکزمان را بیشتر کنیم، نگرانی کمتری نسبت به مقدار انرژی که یافت می‌کنیم پیدا می‌کنیم که طیفی از احتمالات به وجود می‌آید.

ما معمولأ این بافت را تصادفی در نظر می‌گیریم. اما همبستگی‌هایی وجود دارد که یک یا دو چیز دربارۀ ماهیت این ناهمواری به ما می‌گویند. فیزیکدان لیانا-کریستینا بنیچلموس از موسسه الکترونیک کوانتومی در زوریخ گفت: «نوسانات خلأ در میدان الکترومغناطیسی پیامدهای واضحی دارند و مسئول انتشار آنی نور توسط ِ اتم‌ها هستند.»

برای اندازه‌گیری بیشتر چیزها، باید یک نقطۀ آغازین ایجاد کنید. متأسفانه برای چیزی که در پایین‌ترین حالت انرژی‌اش قرار دارد، این کار شبیه اندازه‌گیری نیروی مشتِ یک دست غیرمتحرک است. بنیا-چلموس گفت: «ردیاب‌های سنتی نور مثل فوتودیودها بر اساس این اصل ساخته شده‌اند که ذرات نور – و در نتیجه انرژی – توسط ردیاب جذب می‌شوند. هر چند، از خلأ که پایین‌ترین حالت انرژی یک سیستم فیزیکی را نشان می‌دهد، نمی‌توان انرژی بیشتری استخراج کرد.»

پس محققان بجای اندازه‌گیری انتقال انرژی از یک میدان خالی، یک روش ِ جدید برای بررسی اثر تغییرات ظریف احتمال در پلاریزاسیون فوتون‌ها ابداع کردند. این تیم با مقایسۀ دو پالس لیزر با طول یک تریلیونم ثانیه که از طریق یک کریستال فوق سرد در زمان‌ و مکان‌ متفاوتی ارسال شده بود، توانستند بررسی کنند که فضای خالی بین اتم‌های کریستال چگونه بر نور تأثیر می گذارد.

فیزیکدان ژرومی فیست گفت: «هنوز سیگنال ِ اندازه‌گیری شده مطلقأ کوچک است و واقعأ باید قابلیت‌های آزمایشیِ اندازه‌گیری میدان‌های بسیار کوچک را مخلوط کنیم.» اگر بگوییم کوچک، در واقع اندازۀ آن را دست کم گرفته‌ایم. از آنجاییکه حرکت کوانتوم خیلی کوچک بود، به یک تریلیون مشاهده برای هر مقایسه نیاز داشتیم تا مطمئن شویم که اندازه‌گیری‌ها درست بوده‌اند. نتایج بسیار کوچک بودند و در نتیجه اندازه‌گیری‌ها طیف نهایی یک میدان الکترومغناطیسی را در حالت پایه‌اش تعیین کردند. درک فضای خالی (خلأ) به یک مسئله‌ی بزرگ در فیزیک کوانتومی محسوب می شود.

اخیرأ، یک تیم دیگر از فیزیکدانان سعی کردند محدودیت‌هایی را برای نویز یک خلأ در دمای اتاق تعیین کنند تا کاربردپذیری ردیاب موج گرانشی LIGO را بهبود ببخشند. ذرات واقعی – ارواح کوچک ذرات احتمالی که به ندرت بصورت ِ عدم‌قطعیت در یک میدان وجود دارند – کلید درک تبخیر آهستۀ یک سیاهچاله هستند، این رویداد به مرور ِ زمان توسط فرایندی بنام “تابش هاوکینگ” رخ می دهد. در آینده، به ترفندهای بیشتری نیاز داریم تا تار و پود ِ نقش جهان را بهتر درک نماییم. این تحقیق در مجله‌ Nature منتشر شده است.

ترجمه: سحر الله‌وردی/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: sciencealert.com


دیدگاهتان را بنویسید

Please enter your comment!
Please enter your name here

این سایت از اکیسمت برای کاهش هرزنامه استفاده می کند. بیاموزید که چگونه اطلاعات دیدگاه های شما پردازش می‌شوند.