مکانیک کوانتومی رفتار جهان را در کوچکترین مقیاسها کنترل میکند، اما وقتی این پدیدهها در ابعاد بزرگتر بررسی میشوند، معمولاً دشوار است فهمید چرا و چگونه در دنیای عملی اهمیت دارند. با این حال، گاهی فیزیکدانان کاربردهایی غیرمنتظره و عملی برای پدیدههای عجیب کوانتومی پیدا میکنند و معمولاً فناوری بزرگترین بهرهبردار آنهاست. یکی از این موارد، یافتهای تازه درباره «ابرگسیلش» است؛ پدیدهای در مکانیک کوانتومی که معمولاً بیشتر دردسر ایجاد کرده تا راهحل.
ابرگسیلش حالتی است که در آن گروهی از ذرات کوانتومی با همکاری یکدیگر سیگنالهایی بسیار قویتر تولید میکنند. این پدیده برای برخی فیزیکدانان مشکلساز است، زیرا میتواند بهسرعت سامانههای کوانتومی را بیثبات کند و در نتیجه عملکرد فناوریهای مهم کوانتومی را مختل کند.
اما پژوهشگرانی از اتریش و ژاپن روشی جدید طراحی کردهاند تا از همین پدیده برای تولید سیگنالهای مایکروویوی قدرتمند و بادوام استفاده کنند. این گروه نتایج خود را امروز در نشریه Nature Physics منتشر کرد. به گفته آنها، این کشف میتواند مسیر پیشرفتهای فناورانه در پزشکی، ناوبری و ارتباطات کوانتومی را هموار کند.
فیزیکدان رابرت دیک در سال ۱۹۵۴ ایده ابرگسیلش را مطرح کرد. از آن زمان، فیزیکدانان این پدیده را در سامانههای مختلف شناسایی کرده و حتی به کار گرفتهاند؛ از جمله در نیمهرساناها، لیزرهای آزمایشی پرتو ایکس و حتی برای توضیح رفتار آشفته در نزدیکی فورانهای رادیویی سریع و سیاهچالهها.
ابرگسیلش معمولاً زمانی رخ میدهد که گروهی از اتمهای برانگیخته پس از برهمکنش با یک منبع نور، درهمتنیده میشوند. این فرایند یک پالس نوری کوتاه اما بسیار شدید تولید میکند؛ پالسی که انرژی بسیار بیشتری نسبت به حالتی دارد که یک ذره بهتنهایی در سامانه حرکت کند.
در این آزمایش، پژوهشگران نقصهای اتمی بسیار کوچک را درون یک حفره مایکروویوی به دام انداختند. این حفرهها شامل محفظههای کوچکی با اسپین الکترون بودند که مانند «آهنرباهای مینیاتوری» برای نمایش حالتهای مختلف کوانتومی عمل میکردند. سپس آنها تغییرات سامانه را در طول زمان ثبت کردند و دادهها را در شبیهسازیهای گسترده رایانهای به کار بردند تا فیزیک حاکم بر این رفتار را دقیقتر توصیف کنند.
بهگفته ونتسل کرستن، نویسنده اصلی مطالعه و فیزیکدان دانشگاه فناوری وین پژوهشگران متوجه «رشتهای از پالسهای باریک و بادوام مایکروویوی» شدند که پس از یک انفجار ابرگسیلشی ظاهر میشد و در شبیهسازیها آن را بیشتر بررسی کردند. آنها دریافتند که برخلاف انتظار، «برهمکنشهای بهظاهر آشفته میان اسپینها در واقع به تقویت گسیل کمک میکند».
او افزود: «سامانه خودش را سازماندهی میکند و از دل همان بینظمیای که معمولاً آن را نابود میکند، یک سیگنال مایکروویوی بسیار منسجم تولید میشود.»
