🟠نخستین اندازه‌گیری مستقیم طیف انرژی نظریه‌های میدان همدیس در شبیه‌سازهای کوانتومی

🔹گروهی از فیزیکدانان به رهبری «مانوئل اندرس» از مؤسسهٔ فناوری کالیفرنیا و «جیسون آلیسا» از دانشگاه کالیفرنیا، سانتا باربارا، برای نخستین بار موفق به اندازه‌گیری مستقیم سطوح انرژی در #ماده_کوانتومی مصنوعی شدند که با پیشبینی‌های دو نظریهٔ میدان همدیس (Conformal Field Theory یا CFT) همخوانی دارد.

🔸این نظریه‌ها، که چارچوب ریاضیِ پدیدهٔ جهان‌شمولی (Universality) هستند، توضیح میدهند که چگونه سیستمهای کاملاً متفاوت در نقطهٔ بحرانی، رفتار ریاضی یکسانی از خود نشان میدهند و جزئیات ریز و میکروسکوپی ناپدید میشوند. در این پژوهش، نقطهٔ بحرانی از نوع کوانتومی (Quantum Critical Point) بود؛ یعنی برخلاف گذارهای فاز روزمره مانند جوشیدن آب که با دما رخ میدهند، این گذار صرفاً با اثرات کوانتومی مانند درهمتنیدگی و برهمنهی و در دمایی نزدیک به صفر مطلق ایجاد شد.

🔹محققان از شبکه‌ای از اتم‌های استرانسیوم که در تله‌های لیزری به نام انبرک‌های نوری (Optical Tweezers) گرفتار شده بودند، به‌عنوان یک #شبیه‌ساز_کوانتومی با اتم‌های خنثی استفاده کردند که نسخه‌ای ساده‌شده از رایانه‌های کوانتومی برای کاربردهای خاص است. آنها با لیزرهای دیگر، اتمها را به حالتهای برانگیختهٔ ریدبرگ (Rydberg States) که در آن اتمها دارای عدد کوانتومی اصلی بزرگی هستند و برهمکنش شدیدی با همسایگان خود پیدا میکنند، رساندند تا زنجیرهای از اتمها همچون یک موجودیت واحد رفتار کند.

🔸سپس با تنظیم دقیق لیزرها، سیستم را به نقطهٔ بحرانی رساندند و با به‌کارگیری روشی تازه به نام "طیف‌شناسی مدولاسیون بس ذره‌ای" که در آن کل زنجیر با فرکانسهای مختلف به نوسان درمی‌آید و پاسخ سیستم در فرکانسهای تشدید اوج میگیرد، سطوح انرژی مجاز را که مانند پله‌های یک نردبان بودند، نقشه‌برداری کردند.

🔹برای زنجیرهای تا ۳۵ اتمی، فاصلهٔ بین این پله‌های انرژی با نسبت‌های دقیقی که نظریهٔ میدان همدیس ایزینگ (Ising CFT) پیشبینی کرده بود، مطابقت داشت و پس از مقیاس‌سازی بر اساس اندازهٔ سیستم، همهٔ داده‌ها روی یک منحنی جهان‌ شمول (Universal Curve) منطبق شدند. همچنین با تغییر پارامترها به نقطهٔ بحرانی سه‌گانه (Tricritical Ising Point)، طیف انرژی متفاوت دیگری با نسبت‌های جداگانه‌ای اندازه‌گیری شد که باز هم با پیشبینی‌های نظریه همخوانی کامل داشت.

🔸از آنجا که در این سامانه میتوان به هر اتم به‌طور جداگانه دسترسی داشت، تیم پژوهشی توانست تحریک‌ها را بر اساس تقارن (Symmetry) – یعنی ویژگیهایی که تحت تغییرات هندسی مانند بازتاب، پایدار میمانند – دسته‌بندی کند و خانوادهٔ دوم از پله‌های انرژی را آشکار سازد که در اندازه‌گیری اول دیده نشده بودند. همچنین با تغییر شرایط اتم‌های دو سر زنجیر، الگوهای مختلفی از چیدمان نردبان انرژی حاصل شد که همگی مطابق با نظریهٔ سه‌گانه ایزینگ (Tricritical Ising) از آب درآمدند.

❗️این اندازه‌گیری‌ها که چهار دهه پس از ارائهٔ ریاضی این نظریه‌ها انجام شده، نشان میدهد که حتی با وجود باور قوی به درستی این نظریه‌ها، داشتن یک نمونهٔ آزمایشگاهیِ قابل لمس و تحریک، ارزش علمی بالایی دارد. روش به‌کاررفته در این پژوهش نیازی به دانستن پاسخ از پیش ندارد و میتواند در آینده برای بررسی سیستم‌هایی به‌کار رود که پاسخ کوانتومی آنها برای رایانه‌های کلاسیک قابل محاسبه نیست.

🔹گام بعدی گروه، استفاده از سیستمهای بزرگتر و حتی شبکه‌های دوبعدی از اتم‌هاست تا نظریه‌های #میدان_همدیس در ابعاد بالاتر، که بسیار کمتر شناخته‌شده‌اند، به‌صورت تجربی کاوش شوند. بنابراین این شبیه‌سازهای کوانتومی میتوانند به کشف رژیم‌های فیزیکی ناشناخته کمک کنند.

📎لینک خبر
‼️لینک مقاله در Nature

🔸🔸🔸🔸🔸🔸
🔗 Website
🔗 Telegram
🔗 LinkedIn

#اخبار #نظریه_میدان_همدیس #شبیه‌سازی_کوانتومی #فیزیک_کوانتوم #اتم_خنثی