فيزيائيون يكتشفون جسيمات كمية "أنيونية" تتحدى تصنيفات الفيزياء الجسيمية

أثبت باحثون من معهد أوكيناوا للعلوم والتكنولوجيا أن أنظمة أحادية البُعد يمكنها احتضان جسيمات تُسمى الإنيونات لا تنتمي للبوزونات ولا الفرميونات، مما يفتح أفقاً جديداً في فيزياء الكم وربما في الحوسبة الكمية.

تحرير
ألمعي · هيئة التحرير
النشر
١٠ مايو ٢٠٢٦
المصدر
ScienceDaily
القراءات
٠
الوقت
قراءة دقيقتين
تصور فني لجسيمات الفيزياء الكمية الغامضة

ظلّت الفيزياء لعقود طويلة تُصنّف الجسيمات دون الذرية في صنفين لا ثالث لهما: البوزونات والفرميونات. الأولى تتبع إحصاء بوز-أينشتاين ويمكن لعدد غير محدود منها أن يحتل نفس الحالة الكمية، كالفوتون. أما الفرميونات فتمتثل لمبدأ باولي للاستبعاد الذي يمنع جسيمين منها من اشتراك الحالة الكمية ذاتها، ومنها الإلكترون. بيد أن باحثين في معهد أوكيناوا للعلوم والتكنولوجيا ألقوا بحجر في بركة هذا اليقين، إذ أثبتوا أن الأنظمة أحادية البعد يمكن أن تحتضن جسيمات من نوع ثالث تُعرف بالإنيونات.

الإنيونات ليست جسيمات عادية بالمعنى الذري؛ بل هي ما يسميه الفيزيائيون شبيهات جسيمات تنبثق من تفاعلات جماعية معقدة في المادة المكثّفة. وخلافاً للبوزونات والفرميونات التي يكون عامل تبادلها الكمي محدداً مسبقاً عند +1 أو -1، يمكن في الإنيونات ضبط هذا العامل بشكل مستمر عبر التحكم في قوة التفاعل قصير المدى، مما يجعلها جسيمات ذات إحصاءات كمية قابلة للتحويل.

أجرى الأستاذ توماس بوش وطالب الدكتوراه راؤول هيدالغو-ساكوتو من وحدة الأنظمة الكمية في معهد أوكيناوا، بالتعاون مع الباحث D. بلوم من جامعة أوكلاهوما، تحليلاً نظرياً معمقاً نشروه في مجلة Physical Review A، مُبيّنين فيه السلوك الكمي المتوقع للإنيونات في هذه الأنظمة.

تقوم الفكرة الجوهرية على أن تبادل جسيمين متطابقين في نظام كمي يجب أن يستوفي شروطاً رياضية صارمة؛ فإذا أُعيد وضع الجسيمين إلى حالتهما الأصلية بعد عملية التبادل، يجب أن تعود الحالة الكمية كما كانت. في الأبعاد الثلاثية المألوفة، يتيح ذلك احتمالين لا غير: البوزوني أو الفيرمي. أما في أنظمة أحادية البعد، فتتوسع الاحتمالات لتشمل قيماً وسيطة من عامل التبادل تُفضي إلى سلوك إحصائي مختلف كلياً.

ما الذي يجعل هذا الاكتشاف مثيراً تطبيقياً؟ كشفت أبحاث سابقة أن الإنيونات من النوع غير الأبيلي قد تكون لبنةً جوهرية في بناء الحواسيب الكمية المقاومة للأخطاء، لأن معلوماتها الكمية لا تتأثر بالاضطرابات البيئية بالطريقة ذاتها التي تتأثر بها الأنظمة الكمية التقليدية. غير أن الإنيونات التي يصفها بحث أوكيناوا هي من النوع الأبيلي، أبسط طبيعةً لكن أساسية في بناء الفهم.

يشكّل التحقق التجريبي من سلوك الإنيونات في أنظمة أحادية البعد التحدي التالي، إذ تنبغي إجراء التجارب في بيئات شديدة التحكم كالأفخاخ الضوئية أو الغازات الكمية شديدة البرودة. وقد أظهرت أبحاث جامعة بوردو تقدماً لافتاً في قياس السلوك المستقر للإنيونات في حالات الكم كسور.

يُفتح هذا البحث نافذة فيزيائية على أن قوانين الطبيعة لا تنطبق بالضرورة على كل الأبعاد بالطريقة ذاتها، وأن الفضاء أحادي البُعد مختبر للظواهر الكمية الغريبة التي قد تكون مفاتيح للتقنيات المستقبلية. وبقدر ما يبدو الاكتشاف نظرياً في طابعه، فإن أثره على فهم طبيعة المادة وإمكانيات الحوسبة الكمية قد يكون أعمق مما يُدرك اليوم.

المصدر الأصلي
ScienceDaily
قراءة المقال الأصلي ↗
قصة اليوم · كل صباح

أعجبك التقرير؟ استلم واحداً كل صباح.

قصةٌ تقنية واحدة تستحقّ وقتك، بالعربية. بلا إعلانات، بلا إزعاج.

بلا إعلانات · إلغاء الاشتراك بنقرة واحدة · بياناتك آمنة

اقرأ أيضًا

المزيد من علوم

توربين هيدروجيني بلا ضاغط من معهد كارلسروه

إنجاز ألماني في توربينات الهيدروجين: 303 ثوانٍ بلا ضاغط ميكانيكي

سجّل معهد كارلسروه الألماني رقماً قياسياً بتشغيل توربين هيدروجيني بلا ضاغط لـ303 ثوانٍ معتمداً موجات الانفجار، مما يُبشّر بتوليد طاقة نظيفة أعلى كفاءة.

ScienceDaily
تجربة فيزياء كمومية تقيس الزمن السالب للفوتون

تجربة كمومية تُثبت أن الفوتونات تقضي زمناً سالباً حقيقياً داخل السحاب الذري

أكد باحثون من جامعة غريفيث الأسترالية بقياسات ضعيفة دقيقة أن الفوتونات تُمضي زمناً سالباً قابلاً للقياس داخل سحاب ذري، مؤكدين أن هذه الظاهرة الكمومية حقيقية لا وهم رياضي.

ScienceDaily
تصوير لوجبة صحية مع مقياس ميزان وتمثيل لتحدي إدارة الوزن

الدماغ مُبرمج لاسترداد الوزن الزائد: لماذا تفشل الحميات على المدى البعيد؟

علماء يُبيّنون أن الدماغ البشري يعامل الوزن السابق كـ«نقطة صواب» ويحفّز الجسم لاسترداده عبر آليات بيولوجية متطورة، مما يُفسّر لماذا تفشل معظم الحميات على المدى البعيد.

ScienceDaily
أعشاب بحرية وطحالب عائمة في المحيط الأطلسي

الذكاء الاصطناعي يرصد انتشاراً مقلقاً للطحالب في محيطات العالم بمعدل 13% سنوياً

تحليل 1.2 مليون صورة فضائية بالذكاء الاصطناعي يكشف تمدداً غير مسبوق للطحالب الكبيرة في المحيطات منذ عقدين، مع تداعيات بيئية واقتصادية خطيرة على السواحل.

ScienceDaily
كوكب المريخ مع تصوير فني للرياح الشمسية تسرق غلافه الجوي

موجات عملاقة تسرق غلاف المريخ الجوي وتُلقيه في الفضاء

بيانات مسبارَي MAVEN وتيانوان-1 تكشف كيف تُولّد الرياح الشمسية موجات ضخمة تنتزع جزيئات الغلاف الجوي لكوكب المريخ، مما يُلقي ضوءاً على لغز تحوّله من كوكب ربما كان صالحاً للحياة.

ScienceDaily
سطح القمر مع ظهور فوهات القطب الجنوبي في الظل الدائم

الزلازل القمرية قد تكشف عن مخزون مياه خفي تحت سطح القمر

باحثون يثبتون أن الموجات الزلزالية يمكنها الكشف عن طبقات الجليد القمري المختبئة في باطن القمر، مما قد يُيسّر إمداد رواد الفضاء بالمياه والوقود في مهمات الاستكشاف القادمة.

ScienceDaily