AdsA2

مكثّفات Bose-Einstein حالة غير عادية للمادة يمكنها أن تساعد في تطوير الحوسبة الكمومية

باحثون يتوصلون إلى طريقة تمكّن من إيجاد مكثفات Bose-Einstein عن طريق التغيير المفاجئ لدرجة حرارة الجزيئات 




تجربة للتغيير المفاجئ في درجة حرارة الجزيئات عبر Bose-Einstein تبريد سريع للجزيئات يولّد مكثفات
Bose-Einstein تبريد سريع للجزيئات يولّد مكثفات 



توصل فريق عالمي من الباحثين إلى طريقة سهلة يمكن من خلالها إثارة حالة غير عادية من حالات المادة و التي تسمى "مكثّفات بوز-اينشتاين" (Bose-Einstein Condensate) أو (BEC) و ذلك من خلال التغيير المفاجئ لدرجات حرارة الجزيئات حيث قاموا بتبريد الجزيئات بسرعة و في وقت وجيز لتصل إلى حرارة الجو بعد أن يتم تسخينها ببطئ و هو ما أثبت فاعليته رغم سهولته 

و كانت هذه التجربة العلميّة و التي وصفتها مجلة Nature Nanotechnology نتاجا لجهود مشتركة لعلماء فيزياء من الجامعة التقنية في كايزرسلاوترن بألمانيا (Technische Universität Kaiserslautern) و جامعة فيينا في النمسا و التي إنتهت بتوليد حالة المادة المعروفة بإسم مكثفات بوز-اينشتاين 

كيف تمت تجربة التبريد المفاجئ المولدة لمكثفات Bose-Einstein ؟ 

أجرى الباحثون هذه التجربة القائمة على التغيير المفاجئ في درجات الحرارة بإستخدام شبه-جسيمات تسمى "ماغنونات" Magnons و التي تمثل كم الإثارات المغناطيسية لجسم صلب 

و لأن جزيئات غاز Magnon تتردد في إتجاهات مختلفة داخل هيكل نانوي مغناطيسي و مع التسخين البطيئ، فإن التبريد السريع و الذي يمثل تغيرا مفاجئا لحرارة الجزيئات فإنها تقفز جميعا منتظمة في نفس الحالة و بشكل تلقائي و هو ما يجعلها تشكل ما يعرف بمكثف Bose-Einstein 

تبريد سريع لجزيئات Magnons



ما هي مكثفات Bose-Einstein ؟

يمكن إعتبار مكثفات Bose-Einstein و التي سمّيت بإسم العالمَين Albert Einstein و Satyendra Nath Bose الذَين اقترحا وجودها لأول مرة نوعا محيرا من المادة (أو حالة غير عادية للمادة) حيث أنها جسيمات تتصرف جميعها بشكل تلقائي و بنفس الطريقة على المستوى الكمي و تصبح في الأساس كيانًا واحدًا

الطريقة المتداولة لإيجاد المكثفات

تستخدم في الأصل لوصف جزيئات الغاز المثالي حيث تم إنشاء مكثفات Bose-Einstein من خلال الذرات و كذلك شبه-الجسيمات كالبوزونات و الفونونات و المغنيسيوم، لكن و في المقابل فإن إنشاء مكثفات Bose-Einstein يعتبر عملا صعبا لأنه و بحكم تعريفه يجب أن يحدث بشكل عفوي، و بالتالي فإن تهيئة الظروف المناسبة لتوليد المكثفات يعني عدم محاولة إدخال أي نوع من النظام أو التماسك لتشجيع الجسيمات على التصرف بنفس الطريقة لأن الجسيمات يجب أن تفعل ذلك من تلقاء نفسها

تتشكل مكثفات Bose-Einstein حاليًا عن طريق خفض درجة الحرارة إلى ما يقرب من الصفر المطلق أو عن طريق حقن عدد كبير من الجسيمات في درجة حرارة الغرفة (درجة حرارة الجو) في مساحة صغيرة
و مع ذلك، فإن هذه الطريقة التي تعتمد على درجة حرارة الغرفة و التي تمت تجربتها لأول مرة في عام 2005 تعتبر معقدة من الناحية التقنية و لا يوجد سوى عدد قليل من فرق البحث التي تمتلك المعدات و الدراية المطلوبة لتطبيقها حول العالم

الطريقة الجديدة لتشكيل مكثفات Bose-Einstein

تعتبر الطريقة الجديدة أبسط بكثير حيث لا تتطلب أكثر من مصدرًا للتدفئة و بنية نانوية مغناطيسية صغيرة جدا بقياس مائة مرة أصغر من سمك شعرة الإنسان و هو أساس الأبحاث الحديثة التي قامت على تصغير الهياكل المغناطيسية إلى مقياس النانو

فمن خلال تسخين البنية النانوية ببطئ حتى 200 درجة مئوية تتولد الفونونات (Phonons) و التي بدورها تولّد مغنونات (Magnons) من نفس درجة الحرارة، يتم بعد ذلك إيقاف تشغيل مصدر التسخين و يبرّد الهيكل النانوي بسرعة إلى درجة حرارة الغرفة في حوالي نانوثانية

لكن ما الذي يقع عند ذلك على مستوى الجزيئات ؟

عندما يحدث هذا، تهرب الفونونات إلى الركيزة (المادة المتفاعلة) في حين أن المغنونات و البطيئة جدًا في التفاعل تبقى داخل البنية النانوية المغناطيسية
و بشكل أدق، فقد فسر الباحثون ذلك فعندما تهرب الفونونات تريد المغنونات تقليل الطاقة للبقاء في حالة توازن حيث أنها لا تستطيع تقليل عدد الجسيمات، و بالتالي تقوم بتقليل الطاقة بطريقة أخرى و ذلك عبر إنتقالها إلى نفس مستوى الطاقة المنخفض، و من خلال إشتغال جميع جزيئات المغنون تلقائيًا لمستوى الطاقة نفسه تشكل المغنطيسات مكثفات Bose-Einstein لتكون بذلك طريقة تشكيل المكثفات طريقةً نقيّةً و واضحة جدًا إذ لم يقع إدخال التماسك في النظام

أهمية التجربة في مجال الحوسبة الكمومية

من المؤكد أن لهذه التقنية أهميتها في مجال الحوسبة الكمومية و تكنولوجيا النانو الكمومية بشكل عام، فالكشف عن معلومات حول المغنونات و سلوكها الذي يأخذ شكل حالة كمومية مجهرية في درجة حرارة الغرفة يمكن أن يكون له تأثير على السعي لتطوير أجهزة كمبيوتر تستخدم المغنطيسات كناقلات بيانات .





المصدر : Phys.org


وسم : علوم 

إقرأ أيضا : 



Post a Comment

0 Comments