تستخدم تقنية قياس التداخل الذري تأثيرات تمدد الوقت للكشف عن التغيرات الطفيفة في قوة الجاذبية
.jpg)
تنص نظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين على أن الأجسام الضخمة تسبب تشوهًا في الزمكان ، والذي يُشعر به على أنه الجاذبية. هذه الصورة هي تصوير فنان لتصادم الثقوب السوداء مما تسبب في موجات الجاذبية ، وتموجات في نسيج الزمكان.
في عام 1797 ، قاس العالم الإنجليزي هنري كافنديش قوة الجاذبية باستخدام أداة غريبة مصنوعة من كريات رصاص وقضبان خشبية وأسلاك. في القرن الحادي والعشرين ، كان العلماء يفعلون شيئًا مشابهًا جدًا بأدوات أكثر تعقيدًا: الذرات.
قد تكون الجاذبية موضوعًا مبكرًا في فصول الفيزياء التمهيدية ، لكن هذا لا يعني أن العلماء لا يزالون يحاولون قياسها بدقة متزايدة. الآن ، قامت مجموعة من الفيزيائيين باستخدام تأثيرات تمدد الوقت - إبطاء الزمن الناجم عن زيادة السرعة أو قوة الجاذبية - على الذرات. في ورقة بحثية نُشرت على الإنترنت اليوم (13 يناير) في مجلة Science ، أعلن الباحثون أنهم تمكنوا من قياس انحناء الزمكان.
التجربة جزء من مجال علمي يسمى قياس التداخل الذري. إنها تستفيد من مبدأ ميكانيكا الكم: تمامًا كما يمكن تمثيل الموجة الضوئية كجسيم ، يمكن تمثيل الجسيم (مثل الذرة) على أنه "حزمة موجية". ومثلما يمكن أن تتداخل موجات الضوء وتحدث تداخلًا ، كذلك يمكن أن تؤثر الحزم الموجية.
على وجه الخصوص ، إذا تم تقسيم الحزمة الموجية للذرة إلى قسمين ، وسمح لها بفعل شيء ما ، ثم أعيد تجميعها ، فقد لا تصطف الموجات بعد الآن - بمعنى آخر ، تغيرت أطوارها.
قال ألبرت رورا ، الفيزيائي في معهد تقنيات الكم في أولم بألمانيا ، والذي لم يشارك في الدراسة الجديدة ، لموقع ProfoundSpace.org: "يحاول المرء استخلاص معلومات مفيدة من تحول الطور هذا". كتب رورا مقالاً بعنوان "وجهات نظر" حول البحث الجديد ، ونُشر على الإنترنت في نفس العدد من مجلة Science اليوم.
تعمل كاشفات الموجات الثقالية من خلال مبدأ مماثل. من خلال دراسة الجسيمات بهذه الطريقة ، يمكن للعلماء ضبط الأرقام وراء بعض الأعمال الرئيسية للكون ، مثل كيفية تصرف الإلكترونات ومدى قوة الجاذبية - وكيف تتغير بشكل دقيق حتى على مسافات صغيرة نسبيًا.
هذا هو التأثير الأخير الذي قاسه كريس أوفرستريت من جامعة ستانفورد وزملاؤه في الدراسة الجديدة. للقيام بذلك ، قاموا بإنشاء "نافورة ذرية" ، تتكون من أنبوب مفرغ طوله 33 قدمًا (10 أمتار) مزين بحلقة حول القمة.
سيطر الباحثون على النافورة الذرية بإطلاق نبضات ليزر من خلالها. بنبضة واحدة ، أطلقوا ذرتين من الأسفل. وصلت الذرتان إلى ارتفاعات مختلفة قبل أن تتراجع النبضة الثانية. اشعلت النبضة الثالثة الذرات في الأسفل ، وأعادت تجميع حزم موجات الذرات.
وجد الباحثون أن الحزمتين الموجيتين كانتا خارج الطور - إشارة إلى أن مجال الجاذبية في النافورة الذرية لم يكن متجانسًا تمامًا.
قالت رورا لموقع ProfoundSpace.org ، في إشارة إلى واحدة من أشهر نظريات ألبرت أينشتاين: "هذا ... في النسبية العامة ، يمكن فهمه ، في الواقع ، على أنه تأثير انحناء الزمكان".
نظرًا لأن الذرة التي ارتفعت أعلى كانت أقرب إلى الحلقة ، فقد شهدت تسارعًا أكبر بفضل جاذبية الحلقة. في مجال جاذبية موحد تمامًا ، ستلغي هذه التأثيرات. هذا ليس ما حدث هنا. كانت الحزم الموجية للذرات خارجة عن الطور بدلاً من ذلك ، وبفضل تأثيرات تمدد الوقت ، كانت الذرة التي شهدت تسارعًا أكبر خارج الوقت مع نظيرتها.
والنتيجة هي تغيير طفيف ، لكن قياس التداخل الذري حساس بدرجة كافية لالتقاطه. وبما أن العلماء يمكنهم التحكم في موضع الحلقة وكتلتها ، قال رورا لموقع ProfoundSpace.org ، "إنهم قادرون على قياس ودراسة هذه التأثيرات."
على الرغم من أن التقنية الكامنة وراء هذا الاكتشاف - قياس التداخل الذري - قد تبدو غامضة ، إلا أن قياس التداخل الذري قد يُستخدم يومًا ما لاكتشاف موجات الجاذبية ومساعدتنا على التنقل بشكل أفضل من نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ، كما قال الباحثون.
المصدر