لأول مرة، لاحظ العلماء ذرات منفردة تطفو بحرية وتتفاعل في الفضاء. يساعد هذا الاكتشاف على تأكيد بعض المبادئ الأساسية لـ ميكانيكا الكم تم التنبؤ بها لأول مرة منذ أكثر من قرن من الزمان ولكن لم يتم التحقق منها بشكل مباشر.

من الصعب ملاحظة الذرات الفردية بسبب طبيعتها الكمومية. لا يستطيع الباحثون، على سبيل المثال، معرفة موقع الذرة وسرعتها في نفس الوقت، بسبب غرابة الكم. لكن باستخدام تقنيات ليزر معينة، تمكنوا من التقاطها صور السحب من الذرات.

“إنه مثل رؤية سحابة في السماء، ولكن ليس جزيئات الماء الفردية التي تشكل السحابة.” مارتن زويرلين، عالم فيزياء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ومؤلف مشارك في البحث الجديد، قال في أ إفادة.

وتذهب الطريقة الجديدة إلى أبعد من ذلك، حيث تسمح للعلماء بالتقاط صور للذرات “ذات النطاق الحر” في الفضاء الحر. أولاً، قام زويرلاين وزملاؤه بتجميع سحابة من ذرات الصوديوم في فخ فضفاض عند درجات حرارة شديدة البرودة. ثم أطلقوا شبكة من ضوء الليزر عبر السحابة لتجميد الذرات مؤقتًا في مكانها. ثم قام ليزر فلورسنت ثانٍ بإضاءة مواقع الذرات الفردية.

متعلق ب: تشير دراسة جديدة إلى أنه قد يكون هناك كون “مرآة مظلمة” داخل عالمنا حيث فشلت الذرات في التشكل

تنتمي الذرات المرصودة إلى مجموعة تسمى البوزونات. تشترك هذه الجسيمات في نفس الحالة الميكانيكية الكمومية، ونتيجة لذلك، تتصرف مثل الموجة، وتتجمع معًا. كان هذا المفهوم أولاً اقترحه الفيزيائي الفرنسي لويس دي برولي في عام 1924 وأصبحت تُعرف فيما بعد باسم “موجة دي برولي”.

ومن المؤكد أن البوزونات التي لاحظها زويرلاين وفريقه أظهرت سلوك موجة دي برولي. التقط الباحثون أيضًا صورًا لفرميونات الليثيوم، وهو نوع من الجسيمات التي تتنافر مع الجزيئات المتشابهة بدلًا من التجمع معًا.

تم نشر النتائج في 5 مايو في المجلة رسائل المراجعة البدنية. وأفادت مجموعتان أخريان باستخدام تقنية مماثلة لمراقبة أزواج البوزونات والفرميونات في نفس العدد من المجلة.

وقال زويرلاين: “نحن قادرون على رؤية ذرات منفردة في هذه السحب المثيرة للاهتمام من الذرات وما تفعله فيما يتعلق ببعضها البعض، وهو أمر جميل”.

في المستقبل، يخطط الفريق لاستخدام التقنية الجديدة – التي تسمى “المجهر الذري” – للتحقيق في الظواهر الميكانيكية الكمومية الأخرى. على سبيل المثال، قد يستخدمونه لمحاولة مراقبة “تأثير هول الكمي”، حيث تتزامن الإلكترونات تحت تأثير تأثير قوي. المجال المغنطيسي.