ردپای دانشمند ایرانی در کشف سرنخ‌های بررسی نظریه‌های کوانتومی

به نقل از فیز، یک گروه بین‌المللی از دانشمندان با همکاری «مانلی درخشانی» دانشمند ایرانی «دانشگاه راتگرز»(Rutgers University) در آمریکا و از اعضای «موسسه پرسش‌های بنیادی»(FQxI)، روش جدیدی را با هدف آزمایش اعتبار برخی از مدل‌های جایگزین پیشنهادی برای نظریه استاندارد کوانتوم پیشنهاد کرده‌اند که توضیح ممکن را ارائه می‌دهد.

براساس نظریه استاندارد کوانتوم، یک جسم پیش از مشاهده ممکن است در حالت برهم‌نهی کوانتومی با ویژگی‌های متناقض متعدد قرار داشته باشد. «کاتالینا کورسیانو»(Catalina Curceanu) از اعضای موسسه پرسش‌های بنیادی و فیزیکدان آزمایش هسته‌ای و کوانتومی «موسسه ملی فیزیک هسته‌ای»(INFN) در ایتالیا گفت: یک راه ساده برای درک این موضوع این است که بگوییم ذرات می‌توانند هم‌زمان در دو مکان باشند یا یک اتم رادیواکتیو می‌تواند هم‌زمان تجزیه‌شده و تجزیه‌نشده باشد.

در آزمایش‌های انجام‌گرفته، چنین برهم‌نهی‌هایی در اجسامی به بزرگی یک کریستال یاقوت کبود با وزن ۱۶ میکروگرم مشاهده شده است. براساس نظریه استاندارد کوانتوم، برهم‌نهی‌ها در اصل می‌توانند حتی در اجسام بزرگ‌تر نیز باقی بمانند اما ما این برهم‌نهی‌ها را در زندگی روزمره نمی‌بینیم.

فیزیک‌دانان سیستم‌های کوانتومی را با استفاده از یک «تابع موج» توصیف می‌کنند که می‌تواند تکامل آن را دنبال کند. کورسیانو گفت: بنا به دلایلی، وقتی این توابع موج مشاهده می‌شوند، مستعد فروپاشی هستند. در این مرحله، سیستم‌های کوانتومی مانند سیستم‌های کلاسیک روزمره رفتار می‌کنند و ویژگی‌های کوانتومی واقعی خود را از دست می‌دهند اما نظریه استاندارد کوانتوم نمی‌تواند به ما بگوید که چگونه یا چرا این اتفاق می‌افتد. این ماهیت در مکانیک کوانتومی، «مسئله اندازه‌گیری» نامیده می‌شود.

مسئله اندازه‌گیری، گروه‌های مستقلی از دانشمندان را بر آن داشت تا مجموعه‌ای را از توضیح‌های متفاوت مانند «مدل‌های فروپاشی کوانتومی» ایجاد کنند که جایگزین‌های رقیب برای نظریه استاندارد کوانتوم هستند. کورسیانو توضیح داد: این مدل‌ها هیجان‌انگیز هستند زیرا اثراتی را به صورت خودبه‌خود پیش‌بینی می‌کنند که در مکانیک کوانتومی استاندارد وجود ندارد. این بدان معناست که شاید آزمایش‌ها روزی ‌بتوانند شواهدی را مبنی بر درست بودن این مدل‌ها پیدا کنند.

پژوهشگران در این پروژه، ویژگی‌های تابش الکترومغناطیسی خودبه‌خودی را محاسبه کردند که احتمالا از سیستم‌های اتمی در انرژی‌های پایین‌تر و در محدوده پرتو ایکس ساطع می‌شوند. آنها تفاوت‌های زیادی را با انتظارات پیشین برای ساده‌ترین مدل‌ها یافتند. «کریستین پیسیکیا»(Kristian Piscicchia) از پژوهشگران این پروژه گفت: با کمال تعجب دریافتیم که در این محدوده کم‌انرژی، میزان تابش خودبه‌خودی به شدت به گونه‌های اتمی تحت بررسی بستگی دارد.

این گروه پژوهشی قصد دارند رابطه‌پیش بینی‌شده بین تابش خودبه‌خودی و ساختار اتمی را در آزمایش‌های اختصاصی با استفاده از چندین هدف بررسی کنند. کورسیانو گفت: این کار به ما امکان می‌دهد تا مدل‌های فروپاشی را بهتر محدود کنیم و اگر سیگنالی پیدا شد، علت آن را تشخیص دهیم که پیامدهای بسیار زیادی را برای همه علوم خواهد داشت.

این پژوهش در مجله «Physical Review Letters» به چاپ رسید.