كان الطريق إلى متكثفات بوز-آينشتاين وغازات فيرمي المتحللة ممهدًا بأفكار لم يكن من المفترض أن تنجح، لكنها نجحت، كما حدث في السابق. تشاد أورزيل يشرح في الجزء الأخير من كتابه التاريخي المكون من ثلاثة أجزاء عن التبريد بالليزر. يقرأ الجزء الأول و الجزء الثاني أول
خلال العقدين الأخيرين من القرن العشرين، حطم علماء الفيزياء الذرية بشكل متكرر الرقم القياسي لأبرد درجة حرارة في الكون. اعتمدت هذه الإنجازات على عدد قليل من التطورات، بما في ذلك التبريد بالليزر (كما هو موضح في جزء 1 من هذا التاريخ)، والمصيدة المغناطيسية الضوئية وتقنيات مثل التبريد سيزيف الذي عمل بشكل أفضل من المتوقع (كما هو موضح في جزء 2). وبحلول عام 1990، كان الفيزيائيون يقومون بشكل روتيني بتبريد عشرات الملايين من الذرات إلى درجات حرارة بضع عشرات من الميكروكلفن فوق الصفر المطلق ــ وهو أبرد بألف مرة من أساليب التبريد التقليدية وجزء صغير من "حد تبريد دوبلر" المتوقع للذرات البسيطة المبردة بالليزر.
وبقدر ما كان هذا الانخفاض دراماتيكيًا، إلا أن الانخفاض الأكثر تحديًا في درجة الحرارة كان يلوح في الأفق: عامل إضافي قدره 1000، من ميكروكلفن إلى نانوكلفن. وهذا الانخفاض الإضافي من شأنه أن يقدم عالمًا جديدًا من الفيزياء يُعرف باسم الانحطاط الكمي. هنا، درجات الحرارة المنخفضة والكثافة العالية تجبر الذرات على الدخول في إحدى حالتين غريبتين للمادة: إما أ مكثف بوز-آينشتاين (BEC)، حيث تتجمع جميع الذرات الموجودة في الغاز في نفس الحالة الكمومية، أو غاز فيرمي المتحلل (DFG)، حيث تتوقف الطاقة الإجمالية للغاز عن التناقص لأن جميع حالات الطاقة المتاحة ممتلئة (الشكل 1).
تعد BECs وDFGs ظواهر كمومية بحتة، ويحدد الدوران الإجمالي للذرة أيًا منها سيتشكل. إذا كانت الذرة تحتوي على عدد زوجي من الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات، فهي بوزون ويمكن أن تخضع لـ BEC. إذا كان المجموع فرديًا، فهو فرميون ويمكنه تكوين DFG. تتصرف النظائر المختلفة لنفس العنصر في بعض الأحيان بطرق متعاكسة - فقد قام الفيزيائيون بتكوين BECs من الليثيوم -7 و DFGs مع الليثيوم -6 - وهذا الاختلاف في سلوك درجات الحرارة المنخفضة هو أحد أكثر البراهين دراماتيكية للتقسيم الأساسي بين الجسيمات الكمومية.
1 إحصائيات الكم في العمل
عند درجات الحرارة المرتفعة، يتم توزيع كل من البوزونات (النقاط الزرقاء) والفرميونات (النقاط الخضراء) عبر نطاق واسع من حالات الطاقة المتاحة. وعندما يتم إطلاقها من المصيدة، فإنها تتوسع إلى الخارج لتشكل سحابة كروية بعرض يعكس درجة حرارتها. عندما يتم تبريد الذرات، فإنها تتحول إلى حالات طاقة أقل ويقل حجم السحابة. ومع ذلك، في حين أن البوزونات يمكن أن تحتوي على ذرات متعددة في نفس الحالة، يمكن أن تحتوي الفرميونات على ذرة واحدة فقط في كل حالة. تحت درجة حرارة حرجة معينة، تؤدي هذه الحقيقة إلى تجمع جميع البوزونات تقريبًا في حالة طاقة واحدة، لتشكل تكاثف بوز-آينشتاين، والذي يظهر ككتلة صغيرة وكثيفة جدًا في مركز السحابة. من ناحية أخرى، في غاز فيرمي المنحل، تمتلئ جميع الحالات منخفضة الطاقة، لذلك لا يمكن للسحابة أن تتقلص أكثر. تُظهر الصور التجريبية الموجودة في وسط هذا المخطط أن سحب ذرات الليثيوم البوسونية (يسار) والفرميونية (يمين) تتصرف بشكل مختلف أثناء تبريدها. هنا، تF هي درجة حرارة فيرمي، التي تمثل بداية الانحطاط الكمي في الفرميونات.
كما هو الحال مع الإنجازات السابقة الموصوفة في هذه السلسلة، جاء الغوص في الانحطاط الكمي بفضل التقنيات الجديدة التي تم تقديمها في مختبرات الأبحاث المنتشرة حول العالم. ومرة أخرى، كما هو الحال مع التطورات السابقة، وصلت إحدى هذه التقنيات عن طريق الصدفة تمامًا.
التبريد بالليزر بسعر رخيص
في منتصف 1980s ، كارل وايمان كان يدرس انتهاك التكافؤ في ذرات السيزيوم في جامعة كولورادو، بولدر، في الولايات المتحدة. تتطلب هذه الدراسات إجراء قياسات طيفية تستغرق وقتًا طويلاً ودقيقة، كما يتطلبها طالب الدكتوراه في وايمان واتس ثري طور طريقة للقيام بذلك باستخدام ليزر ديود مثل تلك التي يتم تصنيعها بالملايين لمشغلات الأقراص المضغوطة.
بعد قضاء سنوات في اكتشاف كيفية تثبيت هذه الأجهزة ذات الحالة الصلبة الرخيصة والتحكم فيها، أراد واتس (بشكل معقول جدًا) إنهاء درجة الدكتوراه، لذلك بحث هو وويمان حولهما عن تجربة قصيرة المدى لاختبار هذه الأجهزة. وكان الجواب الذي توصلوا إليه هو التبريد بالليزر. يتذكر وايمان قائلاً: "لقد كان أمرًا جانبيًا صغيرًا وممتعًا أن أنهي أطروحة هذا الطالب، وهذا هو بالضبط ما دفعني إلى [التبريد بالليزر]."
في عام 1986 أصبح واتس وويمان أول من قام بتبريد شعاع من ذرات السيزيوم بالليزر. كان واتس أيضًا أول من قام بتبريد الروبيديوم بالليزر، عندما كان باحثًا في مرحلة ما بعد الدكتوراه هال ميتكالف في جامعة ستوني بروك في نيويورك، وشارك في التجارب الأساسية التي كشفت عن التبريد تحت دوبلر بيل فيليبسمختبر في المعهد الوطني الأمريكي للمعايير والتكنولوجيا (NIST) في غايثرسبيرغ، ميريلاند. ومع ذلك، مثل لاعب رئيسي آخر سنلتقي به في هذا التاريخ، غادر واتس المسرح مبكرًا، وتوفي عن عمر يناهز 39 عامًا فقط في عام 1996.
في هذه الأثناء، كان وايمان بحاجة إلى هدف علمي جديد، وهو أمر لا يمكن تحقيقه إلا باستخدام الذرات الباردة. لقد وجدها، جنبًا إلى جنب مع زملاء ومنافسين جدد، في فكرة قديمة جدًا ذات نسب علمي لا تشوبه شائبة: تكثيف بوز-آينشتاين.
سباق نحو القاع
في 1924 ساتيندرا ناث بوس كان فيزيائيًا في جامعة دكا في ما يعرف الآن ببنغلاديش. أثناء تدريسه لمجال فيزياء الكم الجديد والمتطور بسرعة، أدرك أن صيغة ماكس بلانك لطيف الضوء المنبعث من جسم ساخن يمكن استخلاصها من القواعد الإحصائية التي تحكم سلوك الفوتونات، والتي من المرجح أن تكون أكثر احتمالا بكثير من الجسيمات الكلاسيكية. وجدت في نفس الولايات.
واجه بوز صعوبة في نشر عمله، لذلك أرسل نسخة إلى ألبرت أينشتاين، الذي أحبه كثيرًا لدرجة أنه رتب لإصداره. نشرت في Zeitschrift für Physik بجانب ورقة خاصة به. تضمنت مساهمات أينشتاين توسيع إحصائيات الفوتون لتشمل أنواعًا أخرى من الجسيمات (بما في ذلك الذرات) والإشارة إلى نتيجة مثيرة للاهتمام: عند درجات حرارة منخفضة جدًا، فإن الحالة الأكثر احتمالًا للنظام هي أن تشغل جميع الجسيمات نفس حالة الطاقة.
تسمى هذه الحالة الجماعية الآن BEC وترتبط ارتباطًا وثيقًا بالميوعة الفائقة والموصلية الفائقة، والتي يتم ملاحظتها في السوائل والمواد الصلبة (على التوالي) عند درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق. ومع ذلك، فإن تحول BEC نفسه يمكن أن يحدث من حيث المبدأ في غاز مخفف من الذرات - تمامًا مثل تلك التي بدأ علماء الفيزياء الذرية في ابتكارها في السبعينيات.
ومع ذلك، كانت هناك بعض العوائق. أحدهما هو أن درجة الحرارة الحرجة التي يتشكل عندها BEC تتحدد بالكثافة: كلما انخفضت الكثافة، انخفضت درجة الحرارة الحرجة. على الرغم من أن تبريد سيزيف جعل درجات حرارة الميكروكلفن ممكنة، إلا أن الأبخرة الذرية المبردة بالليزر منتشرة جدًا لدرجة أن درجة حرارتها الانتقالية تكون أقل، في نطاق النانوكلفن. كما أنها أقل من "درجة حرارة الارتداد" المرتبطة بامتصاص الذرات أو إصدار فوتون واحد. ولذلك يجب أن يتم التبريد تحت هذا الحد بدون استخدام الليزر.
تبخر واحد في كل مرة
وجاء الحل العام لهذه المشاكل من دانييل كليبنر وزملاؤه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT). إنها مشابهة للآلية التي يتم بها تبريد كوب من الشاي. تتحرك جزيئات الماء الموجودة في الشاي بسرعات مختلفة، والأسرع منها لديه ما يكفي من الطاقة لتتحرر وتطفو بعيدًا على شكل بخار ماء. ولأن هذه "الهاربة" تحمل كمية أكبر من المتوسط من الطاقة، فإن الجزيئات المتبقية تصبح أكثر برودة. وبمجرد إعادة توزيع الطاقة في حركتها من خلال الاصطدامات بين الجزيئات، يصل النظام إلى توازن جديد عند درجة حرارة أقل (الشكل 2).
تُعرف طريقة كليبنر بالتبريد التبخيري، وتتطلب عنصرين: وسيلة لإزالة الذرات الأكثر سخونة بشكل انتقائي من المصيدة، ومعدل تصادمات بين الذرات مرتفع بما يكفي لإعادة توازن العينة بعد ذلك. جاء العنصر الأول جنبًا إلى جنب مع حل مشكلة ارتداد الفوتون: يمكن الاحتفاظ بالذرات "في الظلام" عن طريق نقلها من المصيدة المغناطيسية الضوئية (MOT) إلى المصيدة المغناطيسية البحتة مثل تلك التي صنعها فيليبس لأول مرة في عام 1983. تتطلب الطاقة الأعلى للذرات "الساخنة" مجالا مغناطيسيا أكبر لحصرها، وينتج هذا المجال المغناطيسي الكبير تحول زيمان في مستويات طاقة الذرات. وبالتالي يمكن لإشارة التردد الراديوي المضبوطة بشكل صحيح أن تقلب الذرات "الساخنة" في هذا المجال العالي إلى حالة غير محاصرة دون إزعاج الذرات الباردة. وتقتصر الذرات الباردة المتبقية أيضًا على حجم أصغر، لذلك كلما انخفضت درجة الحرارة زادت الكثافة، مما يجعل النظام أقرب إلى BEC بطريقتين.
2 إلى أي مدى يمكن أن تصل
يعمل التبريد التبخيري عن طريق إزالة الذرات ذات الطاقة الأعلى (الحمراء) من البخار المحصور الذي يحتوي على عدد كبير من الذرات الموزعة عبر حالات الطاقة المتوفرة في المصيدة. الذرات المتبقية ستخضع لاصطدامات تعيد توزيع الطاقة الإجمالية بين الذرات. ورغم أن بعضها سيكتسب طاقة (برتقالية)، إلا أن متوسط الطاقة (وبالتالي درجة الحرارة) سيكون أقل، كما هو موضح بالخطوط المتقطعة. يتم بعد ذلك تكرار عملية إزالة الذرات الساخنة وإعادة توزيع الطاقة، مما يؤدي إلى خفض درجة الحرارة بشكل أكبر.
ومع ذلك، فإن مسألة الاصطدام ليست في أيدي التجريبيين. ويوصف المعدل ذو الصلة بمعلمة واحدة: ما يسمى بطول التشتت لزوج من الذرات المتصادمة في حالات معينة. إذا كان طول التشتت كبيرًا وإيجابيًا إلى حد ما، فسوف يستمر التبخر بسرعة وستكون المكثفات الناتجة مستقرة. إذا كان طول التشتت صغيرًا جدًا، فسيكون التبخر بطيئًا جدًا. إذا كانت سلبية، فإن المكثفات ستكون غير مستقرة.
الحل الواضح هو اختيار ذرة ذات طول التشتت المناسب، ولكن تبين أن حساب هذا المعامل صعب للغاية من المبادئ الأولى. ويجب تحديده تجريبيا، وفي أوائل التسعينيات لم يقم أحد بإجراء التجارب اللازمة. وبالتالي، فإن المجموعات التي بدأت في متابعة BEC اختارت عناصر مختلفة من الجدول الدوري، وكل منها تأمل في أن يتبين أن "عناصرها" هي "الصحيحة". ويمان وزميله الجديد اريك كورنيل حتى أنها تحولت من السيزيوم إلى الروبيديوم لأن نظيري الروبيديوم المستقرين ضاعفا فرصهما.
"هذا لن ينجح أبداً"
ونظرًا لأنه يمكن تحويل MOT إلى مصيدة مغناطيسية بحتة، وذلك ببساطة عن طريق إيقاف تشغيل الليزر وتشغيل المزيد من التيار عبر ملفات المغناطيس، فإن الخطوات الأولى نحو BEC كانت امتدادًا مباشرًا لتجارب التبريد بالليزر. إن تكوين "المصيدة الرباعية" الناتج لديه مشكلة رئيسية واحدة فقط: الحقل الموجود في مركز المصيدة هو صفر، وعند المجال صفر، يمكن للذرات تغيير حالتها الداخلية إلى حالة لم تعد محاصرة بعد الآن. يتطلب سد هذا "التسرب" للذرات من مركز المصيدة إيجاد طريقة لمنع الذرات المحاصرة من تغيير الحالات.
لعدة سنوات، كان هذا مجالًا رئيسيًا لأبحاث التبريد بالليزر. بالإضافة إلى كورنيل وويمان، كان أحد المتنافسين الرئيسيين في سباق BEC المكثف وولفجانج كيترلي من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. طورت مجموعته طريقة لدفع الذرات بعيدًا عن منطقة المجال الصفري باستخدام ليزر أزرق مفكك يركز على مركز المصيدة باعتباره "قابسًا". ومن جانبهم، استخدم كورنيل وويمان تقنية مغناطيسية بالكامل أطلقوا عليها اسم مصيدة احتمال الدوران الزمني (TOP).
قام كورنيل بتطوير جهاز TOP أثناء رحلة عودته من مؤتمر في أوائل عام 1994، وكان الدافع وراء ذلك جزئيًا هو الحاجة إلى الحد من تعطيل أجهزتهم. على الرغم من أنه وويمان لم يكن لديهما مساحة لشعاع ليزر آخر، إلا أنه كان بإمكانهما إضافة ملف إضافي صغير حول محور عمودي على الملفات الرباعية الأقطاب، وهذا من شأنه أن يغير موضع المجال الصفري. وبطبيعة الحال، فإن الذرات الموجودة في الفخ ستتحرك نحو الصفر الجديد، ولكن ليس بسرعة. إذا استخدموا ملفين صغيرين على محاور مختلفة مدفوعة بتيارات متذبذبة لتحريك الصفر في دائرة بضع مئات من المرات في الثانية، فقد يكون ذلك كافيًا للاحتفاظ به، على حد تعبير كورنيل، "في كل مكان لا توجد فيه الذرات".
لقد اختبروا الفكرة في ذلك الصيف باستخدام ملف صغير يتم تشغيله بواسطة مضخم صوت رخيص الثمن. في البداية، أدى الحقل المضاف إلى جعل الملفات الملفوفة حول خلية البخار الزجاجية الخاصة بها تهتز بشكل مثير للقلق، وأصدرت الملفات المدفوعة أنينًا حادًا عالي النبرة، لكن المبدأ كان سليمًا، لذلك قاموا ببناء نسخة أكثر ثباتًا. وبعد بضعة أشهر، في أوائل عام 1995، ناقش كورنيل مخططات الفخاخ مع كيتيرلي، وخرج معتقدًا أن القابس البصري لفريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا "لن يعمل أبدًا". سيكون في الأساس عبارة عن عصا كبيرة قديمة تشير إلى هناك." ومع ذلك، فهو يعترف بأن كيتيرل ربما كان لديه نفس الشعور تجاه TOP: "ربما كان يفكر: "هذه أغبى فكرة سمعتها في حياتي كلها". لذلك خرج كل منا راضيًا للغاية عن تلك المحادثة".
وكما حدث، فقد نجحت كلتا التقنيتين في الواقع. كان كورنيل وويمان أول من أثبت ذلك، حيث قاما بسلسلة من التجارب حيث قاما بتسليط شعاع ليزر عبر السحابة الذرية الباردة. خلال هذه "اللقطات"، تمتص الذرات الموجودة في السحابة الفوتونات من الليزر، مما يترك ظلًا في الشعاع. وكان عمق هذا الظل مقياسا لكثافة السحابة، بينما كان حجم السحابة يدل على درجة حرارة الذرات. ومع تقدم عملية التبخر، أظهرت اللقطات سحابة متناظرة كرويًا من الذرات تتقلص ببطء وتبرد مع إزالة الذرات الساخنة تدريجيًا.
ثم، في يونيو 1995، عند درجة حرارة حوالي 170 نانوكلفن، حدث شيء مثير: ظهرت بقعة داكنة صغيرة في مركز صورهم، تمثل الذرات عند درجة حرارة أقل بشكل كبير وكثافة أعلى. يقول كورنيل إن الأمر لم يستغرق وقتًا طويلاً لمعرفة ما كان يحدث: "ترتفع الكثافة المركزية. ماذا يحدث هناك إن لم يكن تكثيف بوز-آينشتاين؟»
ولتأكيد شكوكهما، قام هو وويمان بتحويل بعض صور الظل الخاصة بهما إلى مخططات ثلاثية الأبعاد أصبحت الآن مشهورة (انظر صورة "النتيجة الأروع") والتي تظهر الذرات الحرارية كقاعدة عريضة وذرات BEC على شكل "سنبلة" تظهر في مركز. كان شكل السنبلة – الأوسع في اتجاه واحد أكثر من الآخر – بمثابة دليل. ونظرًا لأن المصيدة العلوية كانت أقوى في الاتجاه الرأسي منها في الاتجاه الأفقي، فقد تم ضغط المكثفات بشكل أكثر إحكامًا في هذا الاتجاه، مما يعني أنها تمددت بسرعة أكبر في هذا الاتجاه بعد إطلاقها. على الرغم من أنهم لم يتوقعوا هذا التغير في الشكل، إلا أنهم تمكنوا بسرعة من تفسيره، مما زاد من ثقتهم في أنهم وصلوا إلى "الكأس المقدسة" لـ BEC.
أعلن كورنيل وويمان نتائجهما (على نحو غير معتاد في تلك الأيام) في مؤتمر صحفي في أوائل يونيو 1995. وقد نُشرت ورقتهما البحثية في علوم في الشهر التالي. في سبتمبر، أنتج كيترلي وزملاؤه مجموعتهم الخاصة من المخططات ثلاثية الأبعاد التي تظهر "ارتفاعًا" مشابهًا ينشأ عندما تصل سحابة ذرات الصوديوم إلى درجة الحرارة الانتقالية. ذهب كورنيل وويمان وكيترلي لمشاركة 2001 جائزة نوبل في الفيزياء لتحقيق BEC في الأبخرة الذرية المخففة.
فرميونات تحصل على بطلها
في الأشهر الأولى من عام 1995، قامت جامعة كورنيل بتعيين باحث جديد في مرحلة ما بعد الدكتوراه، ديبورا "ديبي" جين. ويتذكر زوجها جون بون، وهو فيزيائي في المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا في بولدر، أن كورنيل قال: "سيقول لك الكثير من الناس أن BEC لا يزال أمامنا سنوات، لكنني أعتقد حقًا أننا سنفعل ذلك". لقد كان على حق: حدث أول BEC بين الوقت الذي وافقت فيه جين على تولي الوظيفة وعندما بدأت العمل.
جاءت جين من مجتمع بحثي مختلف - كانت أطروحتها حول الموصلات الفائقة الغريبة - لكنها سرعان ما تعلمت عن الليزر والبصريات، ولعبت دورًا رئيسيًا في التجارب المبكرة التي بحثت في خصائص BEC. باعتبارها نجمة صاعدة، تلقت العديد من العروض للحصول على منصب دائم، لكنها اختارت البقاء في JILA، وهي مؤسسة مختلطة تجمع بين الخبرة من جامعة كولورادو والمعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا. هناك، لتمييز عملها عن عمل كورنيل وويمان، قررت متابعة الفئة الأخرى من سلوك درجات الحرارة المنخفضة للغاية: غازات فيرمي المتحللة.
عندما تخضع البوزونات لقواعد إحصائية تزيد من احتمالية وجود اثنين منها في نفس حالة الطاقة، فإن الفرميونات ممنوعة تمامًا من مشاركة الحالات. عند تطبيقه على الإلكترونات، هذا هو مبدأ استبعاد باولي الذي يفسر الكثير من الكيمياء: الإلكترونات الموجودة في الذرة "تملأ" حالات الطاقة المتاحة، والحالة الدقيقة لآخر الإلكترونات تحدد الخواص الكيميائية لعنصر معين. تخضع الذرات الفرميونية الموجودة في المصيدة المغناطيسية لقاعدة مماثلة: عندما يتم تبريد الغاز، تمتلئ الحالات الأدنى. ومع ذلك، في مرحلة ما، تكون جميع الحالات منخفضة الطاقة ممتلئة، ولا يمكن للسحابة أن تتقلص أكثر. كما هو الحال مع BEC، فهذه ظاهرة كمومية بحتة، ولا علاقة لها بالتفاعلات بين الجسيمات، لذلك يجب ملاحظتها في غاز من الذرات فائقة البرودة.
بدأ جين عمله في JILA في عام 1997 مع طالب دراسات عليا واحد، بريان دي ماركو، الذي تم تعيينه من قبل كورنيل ولكنه تحول للعمل مع جين بناءً على توصية كورنيل. وكما يتذكر ديماركو، أخبره كورنيل: "إذا كنت أنت وديبي أول من يصنع DFG، فسيكون ذلك أمرًا كبيرًا، وهناك فرصة جيدة للقيام بذلك".
بدأ الثنائي بمختبر فارغ، يفتقر حتى إلى الأثاث. يتذكر بون جلوسهم على الأرض في المكتب الذي يتقاسمه مع جين، حيث يقومون بتجميع الإلكترونيات من أجل أجهزة الليزر المستقبلية. ومع ذلك، في غضون عام، أصبح لديهم جهاز فعال للاحتجاز المغناطيسي وتبريد ذرات البوتاسيوم الفرميونية بالتبخير.
يفرض البحث عن DFG تحديين يتجاوزان تلك التي واجهناها في سباق BEC. أولها هو أنه عند درجات الحرارة المنخفضة للغاية، تتوقف الاصطدامات اللازمة لخطوة إعادة التوازن للتبريد التبخيري، لأن حظر وجود فرميونين في نفس الحالة يمنعهما من الاصطدام. لحل هذه المشكلة، وضع جين وديماركو نصف ذراتهما في حالة داخلية مختلفة، مما يوفر ما يكفي من الاصطدامات عبر الحالات لتمكين التبخر. وفي نهاية العملية، يمكنهم إزالة إحدى الحالتين وتصوير الباقي.
المشكلة الثانية هي أنه في حين أن التوقيع التجريبي لـ BEC هو ارتفاع كبير في الكثافة في منتصف السحابة الذرية، فإن انحطاط فيرمي أكثر دقة. إن الظاهرة الرئيسية المتمثلة في رفض الذرات التجمع معًا تتجلى بشكل غير مثير في شكل توقف السحابة عن الانكماش بمجرد الوصول إلى درجة الحرارة الانتقالية. استغرق التوصل إلى كيفية التمييز بين الغاز المتحلل والسحابة الحرارية نمذجة دقيقة ونظام تصوير يمكنه قياس التغيرات الصغيرة في شكل التوزيع بشكل موثوق.
غاز فيرمي من الذرات
على الرغم من هذه التحديات، بعد 18 شهرًا فقط من البدء بغرفة فارغة، نشر جين وديماركو أول ملاحظة لغاز فيرمي المتحلل. وبعد سنوات قليلة، فرق بقيادة كيترلي، راندي هوليت في جامعة رايس، كريستوف سالومون في ENS في باريس، و جون توماس في جامعة ديوك، يتبع.
وفي الوقت نفسه، استمر جين في استخدام الليزر والمجالات المغناطيسية لتحويل الذرات المتحللة إلى جزيئات، وفتح آفاقًا جديدة في الكيمياء فائقة البرودة. وقد نال هذا العمل العديد من الأوسمة، بما في ذلك أ مؤسسة ماك آرثر “منحة العبقرية”أطلقت حملة جائزة I I Rabi من الجمعية الفيزيائية الأمريكية (وكالة الأنباء الجزائرية) و وسام إسحاق نيوتن من معهد الفيزياء. كان من الممكن أن تكون جين مرشحة لنيل جائزة نوبل أخرى في فيزياء الذرة فائقة البرودة أيضًا، لكنها للأسف توفي بالسرطان عام 2016، ولا تُمنح الجائزة بعد وفاته.
وبعيدًا عن الجوائز، فإن إرث جين كبير. نما المجال الفرعي الذي بدأته ليصبح واحدًا من أهم مجالات الفيزياء الذرية، ويواصل طلابها وزملاؤها السابقون قيادة دراسة الفرميونات فائقة البرودة. تقديرًا لالتزامها بالتوجيه، أنشأت وكالة الأنباء الأمريكية جائزة ديبورا جين السنوية لأبحاث أطروحة الدكتوراه المتميزة في الفيزياء الذرية أو الجزيئية أو البصرية.
تاريخ من الاكتشافات المستمرة
تغطي هذه السلسلة ما يزيد قليلاً عن نصف قرن. خلال تلك الفترة، تحولت فكرة استخدام الليزر لمعالجة الذرات من مجرد فضول خامل في ذهن فيزيائي واحد من مختبرات بيل إلى تقنية أساسية لمجموعة واسعة من الفيزياء المتطورة. تعد الأيونات المبردة بالليزر الآن واحدة من أهم المنصات لتطوير علم المعلومات الكمومية. توفر الذرات المحايدة المبردة بالليزر الأساس لأفضل الساعات الذرية في العالم. والأنظمة المتدهورة الكمومية التي لاحظها كورنيل وويمان وكيترلي وجين لأول مرة، أنتجت مجالًا فرعيًا ضخمًا يربط الفيزياء الذرية بفيزياء المادة المكثفة والكيمياء. لا تزال الذرات المبردة بالليزر تلعب دورًا حيويًا في أبحاث الفيزياء، ويتم كتابة تاريخ جديد يوميًا في المختبرات حول العالم.
- محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
- أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
- أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
- أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
- المصدر https://physicsworld.com/a/coldest-how-a-letter-to-einstein-and-advances-in-laser-cooling-technology-led-physicists-to-new-quantum-states-of-matter/
