الولايات المتحدة: باحثون من جامعة ييل يقدمون لعلماء آخرين مخططًا لاستخدام قاعدة فيرمي الذهبية
ركز الفيزيائيان نير نافون وجياني تشين من جامعة ييل على الأخطاء التي يخطئ فيها العلماء غالبًا في ميكانيكا الكم، وقدموا الآن “دليل مستخدم” لإرشادهم خلال هذه العملية. تحت الأضواء، إليك الصيغة الأساسية التي يتم تدريسها في فيزياء الكم والمعروفة باسم قاعدة فيرمي الذهبية. ولا يخطئ العلماء في فهم الأمر، بل يخطئون في توقيت تطبيقه. على عكس معظم القوانين في الفيزياء، والتي سُميت على اسم الأشخاص الذين اكتشفوها، فإن قاعدة فيرمي الذهبية اكتشفها الفيزيائي البريطاني بول ديراك. تم تسميته على اسم الفيزيائي الإيطالي الأمريكي إنريكو فيرمي ويربط القياسات التجريبية بالخصائص المجهرية لنظام ميكانيكا الكم. قد يبدو هذا معقدًا بعض الشيء في البداية. ومع ذلك، فإن الكثير من التكنولوجيا الحديثة، من الهواتف الذكية إلى المجاهر النفقية، ومصادمات الجسيمات، وأكثر من ذلك بكثير، تستخدم قاعدة فيرمي الذهبية. لذا، يعرف العلماء إلى حد كبير كيف تعمل القاعدة وكيف يمكن استخدامها لصالحنا. لكن وفقًا لنافون وتشين، فإن العلماء أيضًا يسيئون تطبيقه، إما عن طريق سوء الحكم على الظروف التي يعمل فيها، أو ربما يغفلون “النافذة”، عندما يمكن استخدامه. لماذا أسيء تطبيق قاعدة فيرمي الذهبية؟ وفقا للباحثين في جامعة ييل، يميل العلماء إلى إساءة تطبيق القاعدة الذهبية في مجالين. الأول هو أن التحولات الكمومية يجب أن تكون ضعيفة لإحداث اضطرابات في التجارب. والثاني هو أن القاعدة صالحة فقط خلال فترة زمنية محددة للمراقبة. ويرى نافون وتشين أن هذه الشروط ليست بالبساطة التي تبدو عليها. على سبيل المثال، يعتبر “الضعف” متأصلًا في مقاييس الطاقة للنظام الذي يتم فحصه، ولا يُعرف الكثير عنها مسبقًا. النافذة الزمنية دقيقة أيضًا، لأنها لا تفتح إلا بعد استجابة النظام الكمي للاضطراب، وتغلق قبل أن يتم تعديل الحالة الأولية كثيرًا. يذكر الباحثون أن الفيزيائيين يمكنهم حساب كلا الشرطين بدقة لأنظمة مفهومة جيدًا، ولكن بالنسبة للأنظمة ذات الجسيمات المتفاعلة بقوة، يكون الحساب صعبًا، حتى لو تم استخدام أجهزة الكمبيوتر العملاقة. يمثل هذا موقفًا غريبًا للعلماء الذين يحتاجون إلى استخدام القاعدة الذهبية لتفسير البيانات التجريبية، لكن معرفة متى يتم تطبيق القاعدة يعتمد على البيانات التي يمكن أن توفرها التجربة فقط. ماذا فعل الباحثون؟ كجزء من أبحاثهم السابقة، كان العلماء يعملون مع أشباه الجسيمات، والتي تعد بمثابة وكلاء مفيدين لفهم التفاعلات في الأنظمة الكمومية. نجح الباحثون في تجاربهم في تغيير حالات دوران الذرات باستخدام ترددات راديوية دقيقة. في درجات حرارة تقترب من جزء من المليار من الدرجة فوق الصفر المطلق، تمكن علماء جامعة ييل من ممارسة سيطرة دقيقة على الذرات لدرجة أنهم تمكنوا من رؤيتها عندما كانت القاعدة الذهبية قيد التنفيذ. قال نافون في بيان صحفي: “لقد وضعنا واحدة من أشهر الصيغ في ميكانيكا الكم تحت الاختبار، ووجدنا أين تعمل وأين تفشل، بما في ذلك الطرق التي لم يكن العديد من علماء الفيزياء على علم بها تمامًا”. “نحن نخبر كل من يستخدمه أن يأخذ نفسًا أولاً ويتحقق من مكوناته.” نظرًا لأن القاعدة الذهبية يستخدمها العلماء في مجالات البحث في الكيمياء وعلوم المواد وهندسة أشباه الموصلات والحوسبة الكمومية، فإن التوجيهات المقدمة من جامعة ييل ستساعد في تسريع وتيرة البحث في مجالات متعددة. وقال نافون في البيان الصحفي: “إلى حد ما، نحن نعمل على رفع مستوى الوعي. ورغم أن هذه الصيغة ذهبية، إلا أنه لا ينبغي أبدا اعتبار افتراضاتها أمرا مفروغا منه”. ونُشرت نتائج البحث في مجلة Nature Physics.
تم النشر: 2026-07-10 18:25:00
