اكتشاف ضوضاء باركهاوزن الكمومية لأول مرة – عالم الفيزياء

اكتشف باحثون في الولايات المتحدة وكندا تأثيرًا يُعرف باسم ضوضاء باركهاوزن الكمومية لأول مرة. قد يكون هذا التأثير، الذي يأتي بفضل النفق الكمي التعاوني لعدد كبير من السبينات المغناطيسية، أكبر ظاهرة كمومية عيانية تمت ملاحظتها حتى الآن في المختبر.

في وجود مجال مغناطيسي، تصطف جميع دورات الإلكترون (أو العزوم المغناطيسية) في مادة مغناطيسية حديدية في نفس الاتجاه، ولكن ليس كلها مرة واحدة. وبدلاً من ذلك، تحدث المحاذاة بشكل مجزأ، حيث تقع مناطق أو مجالات مختلفة في خط واحد في أوقات مختلفة. تؤثر هذه المجالات على بعضها البعض بطريقة يمكن تشبيهها بالانهيار الجليدي. تمامًا كما تدفع كتلة واحدة من الثلج الكتل المجاورة حتى تنهار الكتلة بأكملها، كذلك تنتشر المحاذاة عبر المجالات حتى تشير جميع الدورات في الاتجاه نفسه.

إحدى طرق اكتشاف عملية المحاذاة هذه هي الاستماع إليها. في عام 1919، فعل الفيزيائي هاينريش باركهاوزن ذلك بالضبط. ومن خلال لف ملف حول مادة مغناطيسية وربط مكبر صوت بها، قام باركهاوزن بتحويل التغيرات في مغناطيسية المجالات إلى طقطقة مسموعة. تُعرف هذه الطقطقة اليوم باسم ضوضاء باركهاوزن، ويمكن فهمها بمصطلحات كلاسيكية بحتة على أنها ناتجة عن الحركة الحرارية لجدران المجال. توجد أيضًا ظواهر وديناميكيات ضوضاء مماثلة في أنظمة أخرى، بما في ذلك الزلازل وأنابيب المضاعف الضوئي بالإضافة إلى الانهيارات الثلجية.

ضجيج باركهاوزن الكمي

من حيث المبدأ، يمكن للتأثيرات الميكانيكية الكمومية أيضًا أن تنتج ضوضاء باركهاوزن. في هذه النسخة الكمومية من ضوضاء باركهاوزن، تحدث تقلبات الدوران عندما تنفق الجسيمات عبر حاجز الطاقة - وهي عملية تعرف باسم النفق الكمي - بدلاً من اكتساب طاقة كافية للقفز فوقه.

في العمل الجديد ، والذي تم تفصيله في PNAS، بقيادة الباحثين توماس روزنباوم ل معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (Caltech) و فيليب ستامب في جامعة كولومبيا البريطانية (UBC) لاحظ ضوضاء باركهاوزن الكمومية في مغناطيس كمي بلوري تم تبريده إلى درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق (- 273 درجة مئوية). وكما حدث مع باركهاوزن في عام 1919، اعتمد اكتشافهم على لف ملف حول عينتهم. لكن بدلًا من توصيل الملف بمكبر الصوت، قاموا بقياس القفزات في جهده عندما انقلبت اتجاهات دوران الإلكترون. عندما انقلبت مجموعات من السبينات في مجالات مختلفة، ظهرت ضوضاء باركهاوزن كسلسلة من ارتفاعات الجهد.

يعزو باحثو معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا وجامعة كولومبيا البريطانية هذه الارتفاعات إلى التأثيرات الكمومية لأنها لا تتأثر بزيادة قدرها 600% في درجة الحرارة. يقول ستامب: «إذا كان الأمر كذلك، فسنكون في النظام الكلاسيكي المنشط حراريًا».

ويضيف روزنباوم أن تطبيق مجال مغناطيسي مستعرض على محور السبينات له "تأثيرات عميقة" على الاستجابة، حيث يعمل المجال مثل "مقبض" كمي للمادة. ويقول إن هذا دليل إضافي على الطبيعة الكمومية الجديدة لضوضاء باركهاوزن. "إن ضوضاء باركهاوزن الكلاسيكية في الأنظمة المغناطيسية معروفة منذ أكثر من 100 عام، لكن ضوضاء باركهاوزن الكمومية، حيث تنفق جدران المجال عبر الحواجز بدلاً من تنشيطها حرارياً فوقها، لم يتم رؤيتها من قبل، على حد علمنا". يقول.

آثار النفق المشترك

ومن المثير للاهتمام أن الباحثين لاحظوا أن تقلبات الدوران مدفوعة بمجموعات من الإلكترونات النفقية التي تتفاعل مع بعضها البعض. ويقولون إن آلية هذا النفق المشترك "الرائع" تتضمن أجزاء من جدران النطاق المعروفة بالصفائح التي تتفاعل مع بعضها البعض من خلال قوى ثنائية القطب طويلة المدى. تنتج هذه التفاعلات ارتباطات بين أجزاء مختلفة من نفس الجدار، كما أنها تؤدي أيضًا إلى نواة الانهيارات الجليدية على جدران المجال المختلفة في وقت واحد. والنتيجة هي حدث تعاوني جماعي لحفر الأنفاق يشبهه ستامب وروزنباوم بحشد من الأشخاص يتصرفون كوحدة واحدة.

"في حين لوحظ أن القوى ثنائية القطب تؤثر على ديناميكيات حركة جدار واحد وتدفع إلى الحرجية ذاتية التنظيم، فإن LiHo_xY_1-XF₄يقول روزنباوم: "إن التفاعلات طويلة المدى تسبب ارتباطات ليس فقط بين الأجزاء المختلفة من نفس الجدار، ولكنها تؤدي في الواقع إلى حدوث انهيارات ثلجية نووية على جدران مجال مختلفة في وقت واحد".

ولا يمكن تفسير النتيجة إلا على أنها ظاهرة كمومية عيانية تعاونية (ظاهرة النفق، كما يقول ستامب). "هذا هو المثال الأول على الإطلاق في الطبيعة لظاهرة كمومية تعاونية واسعة النطاق للغاية، على مقياس 10".¹⁵ يدور (أي ألف مليار مليار)”. عالم الفيزياء. "هذا أمر ضخم وهو أكبر ظاهرة كمومية عيانية على الإطلاق في المختبر."

مهارات الكشف المتقدمة

وحتى مع وجود مليارات الدورات المتتالية في وقت واحد، يقول الباحثون إن إشارات الجهد التي لاحظوها صغيرة جدًا. وفي الواقع، استغرق الأمر منهم بعض الوقت لتطوير القدرة على الكشف اللازمة لتجميع البيانات ذات الأهمية الإحصائية. ومن الناحية النظرية، كان عليهم تطوير نهج جديد للتحقيق في الانهيارات الجليدية المغناطيسية التي لم يتم صياغتها من قبل.

ويأملون الآن في تطبيق تقنيتهم ​​على أنظمة أخرى غير المواد المغناطيسية لمعرفة ما إذا كانت مثل هذه الظواهر الكمومية العيانية التعاونية موجودة في مكان آخر.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/quantum-barkhausen-noise-detected-for-the-first-time/