شبیه سازی کامل جهان با انحنا در گازهای کوانتومی

توصیف دینامیک بعدی و سوالات مرتبط در کیهان شناسی مستلزم درک میدان های کوانتومی مدل استاندارد و ماده تاریک در فضای زمان منحنی است. از این رو یک شبیه ‌ساز میدان کوانتومی می ‌تواند به بینش‌هایی جدید منجر شود.

به گزارش سیناپرس، محققان دانشگاه هایدلبرگ در یک مطالعه آزمایشگاهی توانستند یک فضازمان موثر و قابل دستکاری ایجاد کنند. پژوهشگران توانستند یک خانواده کامل از جهان های منحنی را در مطالعه خود روی گازهای کوانتومی فوق سرد برای آزمایش نظریه های مختلف کیهان شناسی و مقایسه آنها با پیش بینی های یک مدل نظریه میدان کوانتومی ایجاد کنند.

در این رابطه پروفسور مارکوس اوبرتالر (Markus Oberthaler) پژوهشگر موسسه فیزیک در دانشگاه هایدلبرگ گفت: می توان تصور کرد که جهان ما در مراحل اولیه خود منحنی بوده است. بنابراین، مطالعه پیامدهای فضازمان منحنی یک سؤال مبرم در تحقیقات است.

در این مطالعه، دانشمندان یک شبیه ‌ساز میدان کوانتومی را در میعانات دو بعدی بوز-اینشتین نشان دادند. این موضوع شامل ابری از اتم‌ های پتاسیم است که تا چند نانوکلوین بالاتر از صفر مطلق سرد شده ‌اند.

پروفسور اوبرتالر توضیح می ‌دهد: معمولاً بوز-اینشتین پس ‌زمینه ‌ای کامل است که در مقابل آن کوچک‌ترین برانگیختگی‌ها، یعنی تغییرات در حالت انرژی اتم‌ها، قابل مشاهده خواهد بود. شکل ابر اتمی ابعاد و ویژگی‌های فضازمان را تعیین می ‌کند که این برانگیختگی‌ها مانند امواج بر آن سوار می ‌شوند. در جهان ما سه بعد فضا و بعد چهارم زمان وجود دارد.

در آزمایش فیزیکدانان، اتم ها را در یک لایه نازک قرار دارند. به دلیل ماهیت دو بعدی فضا، تحریکات فقط در دو جهت فضایی می توانند منتشر شوند. علاوه بر این، ابر اتمی در دو بعد پایانی به طرز قابل ملاحظه ‌ای شکل ‌پذیر بوده و امکان تحقق فضازمان‌های منحنی را ممکن می ‌سازد.

پروفسور استفان فلورچینگر (Stefan Flörchinger) یکی دیگر تز محققان این مطالعات گفت: برای امواج روی میعان، سرعت انتشار به چگالی و برهمکنش اتم ها بستگی دارد. این امر به ما اجازه می دهد تا شرایطی مانند شرایط یک جهان در حال انبساط ایجاد کنیم.

به گزارش سیناپرس، پژوهشگران این مطالعه در پایان اعلام کردند که با استفاده از شبیه ‌ساز میدان کوانتومی، پدیده‌های کیهانی مانند تولید ذرات بر اساس انبساط فضایی و حتی انحنای فضازمان را می ‌توان اندازه‌ گیری کرد. مشکلات کیهانی معمولاً در مقیاس های بزرگ غیرقابل تصوری رخ می دهند. اینکه بتوانیم آنها را به طور خاص در آزمایشگاه مطالعه کنیم، با امکان آزمایش مدل های نظری جدید به صورت تجربی، فرصت های کاملاً جدیدی را در تحقیقات باز می کند. محققان همچنین اظهار کردند که مطالعه برهمکنش فضازمان منحنی و حالات مکانیکی کوانتومی در آزمایشگاه ما را برای مدتی درگیر خواهد کرد.

شرح کامل این مطالعات و یافته های حاصل از آن در آخرین شماره مجله تخصصی Nature منتشر شده است.

مترجم: مهدی فلاحی پناه

No tags for this post.