شيء غريب حصل في عالم فيزياء الكم... ومثير جداً!
خليني أحكيك عن شي إلك بس ما أتوقع أحدhalla توقعه أحد.
العلماء صاروا يسمّونه "بحر فيرمي الكسري" — وهو مفهوم غريب لدرجة إن الكتب الدراسية ممكن تحتاج تحديث.
فيرمي... إيش؟
خلّيني أوضّح الموضوع بطريقة بسيطة.
تذكر لما كنت بالمدرسة ودرسنا إن الإلكترونات تدور حوالين الذرة في مستويات؟ بالحقيقة، بالعالم الكمي الأمور أكثر تنظيماً بكثير.
فيه قواعد صارمة — وصارمة جداً — تحكم كيف ترتّب جسيمات معيّنة اسمها "فرميونات" (منها الإلكترونات) ترتيبها، خاصة لما تنخفض درجة الحرارة بشكل كبير.
هالجسيمات تتراكم في مستويات الطاقة المتوفرة مثل الناس اللي تدخل قاعة امتلاءً — محد يقدر يضغط جنب الثاني. هذا الترتيب المنظّم هو اللي يسمّيه الفيزيائيون "بحر فيرمي".
نظام جميل ومنظّم. بس هنا начина الحكاية تصبح مثيرة للاهتمام.
إيش اللي صار لما العبنا مع النظام؟
فريق بحثي بقيادة هانز-كريستوف ناغيرل (مع المنظّر ألبايزي باستيانيلو) كان فضولي يعرف وش يصير لو ضربنا هالنظام المنظّم ضربات قوية.
أخذوا ذرات السيزيوم超级冷却 وبدأوا ي循环ونها بين حالتين: حالة فيها تنافر قوي بين الذرات، وحالة فيها جذب قوي بينها.
تخيّل إنك تضغط برج مكعّبات مرتّب باستمرار. ما تتوقع إنه يحافظ على ترتيبه، صح؟
هذا بالضبط اللي كان المفروض يصير. النظام كان لازم يتحول لاضطراب وفوضى.
بس... ما صار كذا.
اللي صار كان غير متوقع!
بدل ما ينهار النظام، الذرات رتّبت نفسها بطريقة جديدة كلياً. العلماء سمّوها "بحر فيرمي الكسري" لأن الجسيمات تتبع نسخة معدّلة من القواعد الكمية المعتادة.
هالشيء صدمة حقيقية. واحد من الباحثين قال:
"هالحالة متحمسّة جداً — يعني بعيدة عن حالة الاستقرار — بس مش عشوائية. فيها ترتيب مخفي يتضح من خلال الارتباطات بين الجسيمات."
مو جنون؟ النظام فيه طاقة عالية، مُثار بدرجة كبيرة، بس في نفس الوقت فيه بنية تنظيمية خفية تحته.
ليش هالاكتشاف مهم؟
هنا بالضبط المكان اللي أعتبره مشوّق: اكتشفنا نوع جديد من السلوك الكمي اللي النظريات الموجودة ما توقعته.
الفريق لاحظ أنماط مميزة في طريقة ارتباط الجسيمات ببعضها — بما فيها ما يسمّى "تذبذبات فريدل" (تشوّهات متموّجة) — وهي ما تطابق اللي كانフレームワーク المتعارف عليه يتوقعه.
النظرية الأساسية لأنظمة الكم ذات البُعد الواحد اسمها "نظرية سائل توموناغا-لوتنغر". بس بحر فيرمي الكسري الجديد ما ينرتب معاها بشكل مباشر.
إيش يعني هالشيء للعلم؟
بصراحة؟ فتحنا فضاء جديد كامل لفيزيائيين يستكشفونه.
إمكانية إنشاء ودراسة حالات كمّية مثارة مع الحفاظ على ترتيب مخفي — هذا يعطي الباحثين طريقة جديدة كلياً لاستكشاف مادة الكم. مثل ما لو اكتشفنا غرفة جديدة في بيت ظننّا إننا mapeّناه بالكامل.
وفيه شيء جميل بالموضوع: حتى لما نؤثر على نظام كمّي بشكل عنيف، الطبيعة تلاقي طريقة لفرض струкفة ونظام.
يتذكّرني هالشيء إن الكون أغرب وأنيق أكثر مما نتصوّر عادة.
الباحثون أنفسهم وصفوا الاكتشاف إنه "طريقة محكومة لاستكشاف مادة الكم متجاوزين نماذج التوازن التقليدية" — يعني بعبارة ثانية: "لديكم شي جديد تدرسونه لسنوات طويلة قادمة."
المصدر: ScienceDaily