قد ينجو التشابك الكمي الهش من فوضى التفاعلات الكيميائية

اكتشف الباحثون أن الظواهر الكمومية الغريبة يمكن أن تنجو من خراب التفاعل الكيميائي. قد يكون هذا مفيدًا في النهاية للتقنيات الكمومية الناشئة أو يكشف عن كمية مذهلة في الطبيعة.

يقول لينغبانغ تشو من جامعة هارفارد: “عادة، يصف الناس التفاعلات الكيميائية بأنها شيء فوضوي للغاية: حيث تضع مجموعة كاملة من الذرات هناك، وتقوم ببعض “الرقص” ثم عندما تتشكل المنتجات، فإنها تطير للخارج”. وقد شرع هو وزملاؤه في معرفة تأثير ذلك على الخصائص الكمومية للجزيئات.

يمكن للأجسام الكمومية أن تعمل كجسيمات وموجات. وركز الباحثون على خاصية تسمى التماسك، والتي تعكس الطابع الموجي للجزيئات. إن التشابك الكمي، الذي يجعل الأجسام مرتبطة بشكل لا ينفصم حتى عبر مسافات هائلة، يرتبط ارتباطًا وثيقًا بالتماسك. لذا، فإن التجربة تقدم نظرة ثاقبة لمصير التشابك أثناء التفاعل الكيميائي.

تكون الخصائص الكمومية للجزيئات أكثر وضوحًا عند درجات حرارة منخفضة للغاية، لذلك قام الباحثون بدراسة ذرات البوتاسيوم والروبيديوم عند أجزاء من المليار من الدرجة فوق الصفر المطلق. ولتحقيق هذا التبريد، وضعوا الذرات في غرفة خالية من الهواء وطبقوا مزيجًا دقيقًا من أشعة الليزر والمجالات المغناطيسية ونبضات الموجات الدقيقة لتبريدها ودمجها في جزيئات.

خضعت هذه الجزيئات لتفاعلات كيميائية تلقائيًا، لكن تشو وزملاؤه سيطروا بعناية على حالاتها الكمومية الأولية، بما في ذلك تماسكها وتشابكها. وبعد التفاعل، قاموا بتقييم الخصائص الكمومية للمنتجات الناتجة. تمكنت هذه الجزيئات من الحفاظ على تماسكها، أو خصائصها الشبيهة بالموجة – لدرجة أنها تتداخل وتتداخل مع بعضها البعض مثل موجتين تقليديتين لهما قمم وأودية غير متطابقة.

يقول يونج تشين من جامعة بوردو في ولاية إنديانا إن مثل هذه التجارب تفتح الباب أمام مرحلة جديدة من الأبحاث الكمومية، حيث لا يقوم العلماء بالكشف بشكل سلبي عن الخصائص الكمومية فحسب، بل يجدون أيضًا طرقًا للتحكم بها بدلاً من ذلك. ومع ذلك، كما يقول، لا يزال بإمكان التجارب المستقبلية تشخيص تشابك الجزيئات بشكل مباشر أكثر.

ويدرس الفريق الآن كيفية الاستفادة من الخصائص الكمومية للجزيئات للتحكم في نوع أو عدد المنتجات التي تنتجها التفاعلات، وللحصول على تلميحات حول ما إذا كانت التفاعلات الكيميائية التي تحدث في الطبيعة يمكن أن تحتوي على كمية أكبر مما كان يعتقد سابقًا، كما يقول تشو.