⚛️ از دنیای الکترون‌ها تا اجسام قابل‌مشاهده؛ وقتی اسپین کوانتومی حرکت ایجاد می‌کند
🔰یکی از پرسش‌های جذاب فیزیک این است که قوانین عجیب مکانیک کوانتومی تا چه اندازه می‌توانند در دنیای بزرگ و قابل‌مشاهده ما نقش داشته باشند. تاکنون بسیاری از آزمایش‌های کوانتومی روی اتم‌ها، الکترون‌ها و ساختارهای بسیار کوچک متمرکز بوده‌اند؛ اما پژوهشگران مؤسسه علوم و فناوری اوکیناوا در ژاپن، در مطالعه‌ای تازه نشان داده‌اند که نیروی ناشی از اسپین الکترون‌ها می‌تواند حرکت یک سامانه مکانیکی معلق با ابعاد سانتی‌متر را نیز کنترل کند. نتایج این پژوهش در مجله علمی Science Advances منتشر شده است.
🔰برای درک آزمایش، باید با مفهوم «اسپین» آشنا شویم. اسپین یکی از ویژگی‌های بنیادی ذرات کوانتومی است که با تکانه زاویه‌ای ذاتی آن‌ها ارتباط دارد و در ذراتی مانند الکترون، با رفتار مغناطیسی نیز همراه است. پژوهشگران از الماسی استفاده کردند که در ساختار بلوری آن، نقص‌هایی به نام مراکز نیتروژن-جای‌خالی وجود دارد؛ در این نقص‌ها، یک اتم نیتروژن جای یک اتم کربن را گرفته و جایگاه مجاور آن خالی است. این مراکز که به اختصار NV نامیده می‌شوند، امکان کنترل و خواندن حالت اسپین الکترون‌ها را فراهم می‌کنند. در نمونه مورد استفاده، تعداد این مراکز بسیار زیاد بود و مجموع اثرهای مغناطیسی آن‌ها می‌توانست نیروی قابل‌اندازه‌گیری ایجاد کند.
🔰در مرحله آزمایش، پالس‌های لیزر سبز با توان حدود ۵۰ میلی‌وات به الماس تابانده شدند تا حالت اسپین مراکز NV تغییر کند. این تغییر، گشتاور مغناطیسی نمونه و برهم‌کنش آن با میدان مغناطیسی اطراف را تغییر می‌داد و در نتیجه، نیروی کوچکی به سامانه وارد می‌شد. الماس با یک میله فیبر کربنی به صفحه‌ای از گرافیت متصل بود که به کمک خاصیت دیامغناطیسی در حالت شناور نگه داشته شده بود. پژوهشگران با استفاده از تداخل‌سنج لیزری توانستند جابه‌جایی‌های بسیار کوچک این سامانه را اندازه بگیرند و نشان دهند که با تغییر حالت اسپین‌ها، حرکت مکانیکی قابل‌اندازه‌گیری ایجاد می‌شود. جرم تشدیدگر معلق در این آزمایش حدود ۱۰۰ میلی‌گرم بود؛ مقیاسی بسیار بزرگ‌تر از سامانه‌های معمول آزمایش اسپین و حرکت.
🔰اهمیت این نتیجه در آن نیست که دانشمندان توانسته‌اند یک جسم بزرگ را در دو مکان به‌طور هم‌زمان قرار دهند؛ چنین چیزی در این آزمایش نشان داده نشده است. دستاورد اصلی این است که اثر یک سازوکار کوانتومی توانسته پاسخ مکانیکی یک سامانه نسبتاً بزرگ را ایجاد کند. این روش می‌تواند در آینده به توسعه حسگرهای بسیار دقیق و آزمایش‌هایی برای بررسی مرز میان مکانیک کوانتومی و گرانش کمک کند؛ از جمله پژوهش‌هایی که به دنبال ایجاد برهم‌نهی کوانتومی در اجسام بزرگ‌تر هستند. بااین‌حال، مشاهده اثر اسپین کوانتومی به‌تنهایی به معنای آشکارسازی گرانش کوانتومی یا اثبات برهم‌نهی کوانتومی یک جسم سانتی‌متری نیست؛ رسیدن به چنین مرحله‌ای هنوز به آزمایش‌های دشوارتر و کنترل دقیق‌تر عوامل محیطی نیاز دارد.
🔗 منبع: ScienceAlert
🆔 @persiancosmology
