اولین گزارش از مشاهده باران کوانتومی در جهان علم

به گزارش رکنا، گروهی از دانشمندان برای اولین بار موفق شدند نحوه شکل‌گیری باران کوانتومی را در شرایط آزمایشی بررسی کنند و به نتایج حیرت‌انگیزی دست یابند.

این کشف با مشاهده رفتار مایع در یک گاز فوق سرد و شناسایی ویژگی‌های متمایز آن تحقق یافت.

تیمی از پژوهشگران اروپایی شکل‌گیری قطرات خود به خودی را در یک گاز کوانتومی فوق‌العاده رقیق مشاهده کردند. این پدیده که توسط اثرات کشش سطحی مشابه آنچه در مایعات کلاسیک دیده می‌شود ایجاد می‌شود، به عنوان یک رویداد علمی نادر شناخته شده است.

تفاوت گاز کوانتومی با مایعات معمولی

کشش سطحی اکنون دیگر فقط مختص مایعات معمولی نیست؛ بلکه حتی می‌تواند گازهای اتمی فوق‌العاده سرد را نیز به قطرات کوانتومی تبدیل کند.

این امر بسیار خاص و کم‌نظیر است چون گازهای کوانتومی ضخامتی میلیون‌ها بار کمتر از مایعات دارند و معمولاً نیروی کشش سطحی لازم برای حفظ قطرات در کنار یکدیگر در آنها دیده نمی‌شود. مشاهده چنین رفتاری نشان دهنده وقایع غیر عادی در این شرایط فیزیکی است.

این یافته‌ها ممکن است به پیشرفت‌هایی در فناوری‌های کوانتومی و توسعه مواد نوین منجر شود که مسیر جدیدی برای کنترل ماده کوانتومی فراهم خواهد کرد.

درک اصول کشش سطحی

برای فهمیدن این پدیده، ابتدا باید با مفهوم کشش سطحی آشنا شد. کشش سطحی نیرویی است که مولکول‌های موجود در سطح یک مایع را به سمت یکدیگر جذب می‌کند.

به دلیل این نیروی جذبی، مایعات تمایل دارند شکل‌هایی مثل قطره به خود بگیرند تا سطح خود را به حداقل برسانند. از همین رو، کشش سطحی مسئول تشکیل قطرات باران، شبنم و حتی حباب‌های صابون است.

در شرایط خاص، نیروی کشش سطحی ممکن است موجب ناپایداری‌های مویرگی شود و ستون‌های مایع را متلاشی کند. این فرایند در نهایت منجر به شکستن مایع به قطرات جداگانه می‌شود.

پدیده ناپایداری "پلاتو-ریلی"

ناپایداری مشهور "پلاتو-ریلی" در سال ۱۸۷۳ معرفی شد و توضیح می‌دهد که چگونه یک جریان استوانه‌ای شکل تحت تاثیر کشش سطحی شکسته می‌شود و به قطرات کوچک تبدیل می‌شود.

این پدیده طبیعی هنگام مشاهده جریان آب سقوطی از یک شیر و تبدیل آن به قطرات قابل مشاهده است. معمای عجیب‌تر اینجاست که پژوهشگران همین رفتار را در یک گاز اتمی فوق سرد شامل پتاسیم و روبیدیم شناسایی کرده‌اند.

شکل‌گیری باران کوانتومی

در تحقیقات انجام شده، گاز فوق‌العاده رقیق و سرد شده تا نزدیکی صفر مطلق، ضمن حفظ حالت گازی، شروع به نمایش ویژگی‌های مشابه مایعات کرد و یک قطره کوانتومی منفرد ایجاد شد.

این قطره در مسیر نوری لیزری قرار گرفت و به‌صورت خطی کشیده شد. با افزایش طول، قطره به مرحله ناپایداری رسید و به قطرات کوچک‌تر تقسیم شد.

این فرآیند توسط شبیه‌سازی‌های عددی و آزمایش‌های دقیق بررسی شد و ناپایداری مویرگی مشابه "پلاتو-ریلی" در آن تایید شد.

اهمیت کشف باران کوانتومی

کیارا فورت، فیزیکدان برجسته از دانشگاه فلورانس، بیان کرد که این پدیده قبلاً فقط در مایعات کلاسیک و هلیوم ابر سیال مشاهده شده بود و یافتن آن در گازهای اتمی تحت شرایط آزمایشگاهی یک دستاورد بزرگ است.

این کشف نه تنها منجر به شناخت بیشتر این رفتار کوانتومی غیر معمول خواهد شد، بلکه می‌تواند پتانسیل بسیار بالایی برای طراحی حسگرهای کوانتومی پیشرفته و شبیه‌سازهای نوین را نشان دهد.

نتایج این مطالعه خارق‌العاده در مجله معتبر Physical Review Letters منتشر شده و توجه بسیاری از دانشمندان را به خود جلب کرده است.