حقق فريق من الباحثين في كلية لندن الإمبراطورية إنجازاً علمياً بارزاً بابتكار نموذج أولي لكاشف كمي فائق الدقة، يمهد الطريق أمام كشف ألغاز المادة المظلمة وموجات الجاذبية التي لطالما حيرت العلماء.

تقنية تداخل الذرات

تعتمد هذه التقنية المبتكرة على استخدام مقاييس تداخل الذرات، وهي أجهزة متطورة تستغل الخصائص الكمومية للذرات لإجراء قياسات دقيقة للغاية للتغيرات في موضع الجسيمات تحت تأثير الجاذبية. وتعمل هذه الأجهزة عبر مصائد بصرية تحتجز سحباً من ذرات السيزيوم أو الصوديوم أو السترونتيوم، حيث يتم التلاعب بها لتتصرف كأجسام موجية بدلاً من جسيمات مادية.

تجاوز عقبات القياس

أوضح البروفيسور أوليفييه بوشمولر، قائد فريق البحث، أن التحدي الأكبر الذي واجه العلماء سابقاً كان الضوضاء الناتجة عن تفاعل أشعة الليزر مع سحب الذرات، والتي كانت تحجب رصد آثار المادة المظلمة. ولحل هذه المعضلة، ابتكر الفريق مقياس تداخل ذري تفاضلي يعتمد على مراقبة سحابتين من ذرات السترونتيوم-87 المبردة إلى درجات حرارة تقترب من الصفر المطلق (ميكروكلفن)، وحساب الفرق بينهما لإلغاء الضوضاء تماماً.

آفاق مستقبلية

أثبتت التجارب أن هذا النموذج قادر على قياس موضع سحب الذرات بدقة قصوى تضاهي قوانين ميكانيكا الكم، حتى في ظل وجود تشويش صناعي. هذا الإنجاز يفتح الباب فعلياً أمام تشغيل مشاريع ضخمة، مثل كاشف MAGIS في مختبر فيرمي الأمريكي ومنشأة AICE في سيرن بسويسرا، والتي ستكون قادرة على رصد الاهتزازات الناتجة عن المادة المظلمة وموجات الجاذبية العابرة للأرض.

وصرح البروفيسور بوشمولر حول هذا الإنجاز قائلاً: لقد قطعنا خطوة كبيرة نحو تطوير مستشعرات كمومية واسعة النطاق لحل أعقد مشاكل الفيزياء الأساسية، وأثبتنا جدوى تداخل الذرات في ظروف واقعية لإجراء قياسات غير مسبوقة.