الفيزياء

لأول مرة ، "النافورة الذرية" تقيس انحناء الزمكان

 تستخدم تقنية قياس التداخل الذري تأثيرات تمدد الوقت للكشف عن التغيرات الطفيفة في قوة الجاذبية

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

النشرة البريدية

الرجاء تعبئة التفاصيل ادناه لتلقي نشرتنا البريدية