مشاهده‌ی فروپاشی تک قطبی کوانتومی

 
مجله علمی ایلیاد - گروهی بین‌المللی از فیزیکدانان فنلاند و ایالات متحده اولین مشاهدات تجربی را بر روی دینامیک تک قطبی‌های جدا شده در ماده‌ی کوانتومی انجام دادند. نتایج این مطالعه در مجله‌ی Physical Review X منتشر شده است. تک قطبی‌های مغناطیسی برخلاف آهنرباهای معمولی ذرات ابتدایی هستند که فقط یک قطب مغناطیسی جنوبی یا شمالی دارند، نه هر دوی آن‌ها. از لحاظ نظری پیش‌بینی شده که این تک قطبی‌ها وجود دارند، اما هیچگونه مشاهده‌ی آزمایشی متقاعدکننده‌ای صورت نگرفته است.

«دیوید هال» نویسنده و استاد فیزیک در دانشکده امهرست، گفت: «در سال ۲۰۱۴، یک تک قطبی دیراک را به‌طور آزمایشی تشخیص دادیم، یعنی نظریه‌ی هشتاد ساله‌ی پلدیراک مبنی بر اینکه ذرات کوانتومیِ باردار با تک قطبی مغناطیسی در فعل و انفعال هستند.»

نویسنده‌ی دیگر دکتر «میکو موتونن»، استاد محاسبات کوانتومی در دانشگاه یووسکوله و دانشمند ارشد گروه فیزیک کاربردی در دانشگاه آلتو، افزود: «در سال ۲۰۱۵ تک قطبی‌های کوانتومی واقعی را ساختیم. درحالی‌که آزمایش تک قطبی دیراک در واقع حرکت ذره‌ی باردار در مجاورت میدان مغناطیسی تک قطبی را شبیه‌سازی می‌کند، تک قطبی کوانتومی در میدان خود دارای ساختار نقطه مانندی است که مشابه‌ی ذره‌ی تک قطبی مغناطیسی است.»

اکنون این گروه مشاهده کرده که یکی از این آنالوگ‌های تک قطبی مغناطیسی منحصربه‌فرد چگونه در کمتر از یک ثانیه خود به خود به تک قطبی مغناطیسی دیگر تبدیل می‌شود. اولین نویسنده‌ی مطالعه، «توماس اولیکانن»، دانشجوی دکترا در دانشگاه آلتو گفت: «این کار آسان به‌نظر می‌رسد، اما ما واقعاً باید دستگاه را ارتقا می‌دادیم تا این کار عملی شود.»

محققان توضیح دادند: «با گازِ به شدت رقیقِ اتم‌های روبیدیوم که تا صفر مطلق خنک شدند، شروع به کار کردیم؛ این گاز در این دما چگالش بوز-اینشتین را ایجاد می‌کند. سپس سیستم را در وضعیت غیرمغناطیسی آماده کردیم و نقطه‌ی صفر میدان مغناطیسی خارجی را چگالیده کردیم و در نتیجه تک قطبی کوانتومی جدا شده را به‌وجود آوردیم. پس از آن، نقطه‌ی صفر را ثابت نگه داشتیم و منتظر ماندیم سیستم در میدان مغناطیسی متغیر به تدریج مغناطیسی شود.»

به گفته آن‌ها، تخریبِ تک قطبی کوانتومی در واقع تک قطبی دیراک را به‌وجود می‌آورد. تک قطبی کوانتومی مشکل به اصطلاح توپولوژیکی است، یعنی نقطه‌ای در فضا که با یک ساختار در وضعیت غیرمغناطیسیِ چگالیده احاطه شده که با شکل‌دهی مجددِ مداوم حذف نمی‌شود. چنین ساختارهایی به جایزه‌ی نوبل فیزیک سال ۲۰۱۶ مربوط می‌شوند؛ بخشی از این جایزه به کشفیات تغییرات فاز توپولوژیکی که مستلزم گرداب‌های کوانتومی یا گردابه‌ها بودند اعطا شده است.

استاد هال گفت: «خطوط گردابه به مدت چندین دهه در ابرسیال‌ها به‌طور تجربی مطالعه شده‌اند.» توپولوژی تک قطبی کوانتومی از آن محافظت می‌کند، اما می‌تواند به آن آسیب برساند، زیرا کل فازِ ماده از حالت غیرمغناطیسی به حالت مغناطیسی تغییر می‌کند. اولیکانن گفت: «مهم نیست مجسمه‌ی یخی چقدر محکم باشد، وقتی یخ ذوب می‌شود، قطره قطره چکه می‌کند.» دکتر موتونن گفت: «برای اولین‌بار تک قطبی‌های دیراک که بهطور خود به خودی ظاهر می‌شوند و خطوط گردابهی مربوطه را مشاهده کردیم.»
 
نوشته: SciNews
ترجمه: سحر الله‌وردی - مجله علمی ایلیاد
مجله ایلیاد رادر اینستاگرام دنبال کنید...مجله ایلیاد رادر تلگرام دنبال کنید...مجله ایلیاد رادر آپارات دنبال کنید...مطالب مشابه● غلبه بر یکی از محدودیت‌های قانون اول ترمودینامیک● کشف آنزیمی که هوا را به انرژی تبدیل می‌کند● چرا در استوا وزن همه چیز کمتر است؟● طلای موجود بر روی زمین چگونه شکل گرفته است؟● چرا خوردن و آشامیدن قبل از انجام جراحی ممنوع است؟● سنگین‌ترین قطعه طلای جهان کجاست؟● حل معمای ۵۰۰ ساله‌ی لئوناردو داوینچی● چگونه لیزر می‌تواند رعد و برق را متوقف کند؟● دانشمندان با امواج صوت اجسامی را جابه‌جا کردند● چرا برخی رنگ‌ها مانند قهوه‌ای در رنگین‌کمان‌ها نیستند؟جدیدترین مطالب● آمار سرقت پس از قانون کاهش مجازات ● چطور لکه‌های مداد را از روی دیوار پاک کنیم؟● باکتری‌ها چگونه به مغز حمله می‌کنند؟● دانشمندان گامی دیگر به اینترنت کوانتومی نزدیک‌تر شده‌اند● چطور ویتامین B12 مورد نیاز بدن‌مان را تامین کنیم؟● ورود اورانیوم به خاک چه ارتباطی با کودهای کشاورزی دارد؟● آیا گیاهان هم صدا دارند؟● چطور در خانه توت فرنگی بکاریم؟● شواهد جدید برای مدل استاندارد کیهان‌شناسی● چطور جلوی استفراغ شیرخوار را بگیریم؟● سیاره‌ی ناهید فعالیت‌های آتشفشانی دارد● چطور برای یک سفر کمپینگ آماده شویم؟● قدیمی‌ترین نشانه‌های برخورد شهاب‌سنگ‌ها با زمین● تصویری فوق‌العاده از یک برج پلاسمایی بر روی سطح خورشید● چگونه با عدم تعادل شیمیایی در مغز برخورد کنیم؟● کشف درخشان و داغِ جیمز وب● پنج فایده‌ی دارچین برای سلامتی● کدام حیوان بلندترین گردن را در قلمرو حیوانات داشته است؟● چطور رادیاتور خودرو را تخلیه و تعویض کنیم؟● چگونه از شر مگسک چشم خلاص شویم؟