یک پیش بینی علمی که دهه ها فقط در حد فرضیه بود، سرانجام به واقعیت پیوست.

به گزارش خبرآنلاین، دانشمندان موفق شدند نوعی آشفتگی عجیب در دنیای کوانتوم را ببینند و ساختارهایی هلالی شکل پیدا کنند که شباهت جالبی به ماه در نقاشی معروف شب پرستاره ون گوگ دارند.

آیزاک آسیموف، نویسنده مشهور علمی تخیلی، روزی گفته بود: در علم، هنر وجود دارد و در هنر، علم. این کشف تازه مثال واقعی این جمله است و پیوندی میان یکی از شناخته شده ترین آثار هنری قرن نوزدهم و دنیای پیچیده فیزیک کوانتومی برقرار کرده است.

موضوع اصلی این پژوهش پدیده ای به نام ناپایداری کلوین هلمهولتز است. این پدیده زمانی رخ می دهد که دو لایه ی سیال (مثل آب و هوا) با سرعت های متفاوت از کنار هم عبور کنند و باعث ایجاد موج و گردابه شوند. در زندگی روزمره این حالت را در شکل ابرها، موج های رودخانه یا آب دریا می توان دید.

هیرو میتسو تاکئوچی، استاد دانشگاه اوساکا و نویسنده اصلی این مطالعه، می گوید: پرسش ما ساده بود: آیا این نوع آشفتگی می تواند در سیالات کوانتومی هم اتفاق بیفتد؟

سیالات کوانتومی موادی هستند که طبق قوانین کوانتوم رفتار می کنند، نه فیزیک معمولی. آن ها اصطکاک ندارند و رفتارشان وابسته به حالات بسیار ظریف کوانتومی است که ایجاد و کنترلشان بسیار دشوار است. به همین دلیل تا پیش از این، کسی این پدیده را در چنین موادی ندیده بود.

اما این تیم علمی توانست با روشی خلاقانه آن را ثبت کند. آن ها گازی از اتم های لیتیوم را تا دمایی نزدیک به صفر مطلق سرد کردند، به حالتی که به آن چگالش بوز اینشتین می گویند؛ حالتی که اتم ها مثل یک موج واحد رفتار می کنند. سپس این موج کوانتومی را به دو بخش هم پوشان تقسیم کردند که با سرعت های متفاوت از کنار هم عبور می کردند. در محل برخورد این دو جریان، الگوهای موجی شکل گرفت که شبیه مراحل اولیه همان ناپایداری کلوین هلمهولتز در دنیای معمولی بود.

اما بخش جالب ماجرا تازه از اینجا شروع شد. در این محیط کوانتومی، آشفتگی فقط موج ایجاد نکرد، بلکه گردابه هایی پدید آمد که شکل و رفتارشان با دنیای عادی فرق داشت. این گردابه ها اسکیرمیون های کسری خارج از مرکز نام گرفتند و برخلاف اسکیرمیون های معمولی که گرد و متقارن اند، هلالی شکل بودند و درونشان نقاطی وجود داشت که نظم چرخشی معمولی را کاملاً به هم می زد.

به گفته تاکئوچی، ماه هلالی بزرگی که در گوشه بالای سمت راست نقاشی شب پرستاره ون گوگ دیده می شود، شباهت زیادی به همین اسکیرمیون های هلالی دارد.

اسکیرمیون ها پیش تر به خاطر نقش بالقوه شان در فناوری هایی مثل اسپین ترونیکس (سیستمی برای ساخت ابزارهای پردازش و ذخیره سازی داده با استفاده از چرخش ذرات به جای جریان برق) مورد توجه بودند. کشف نوع جدیدی از آن ها در سیالات کوانتومی می تواند راه های تازه ای برای ساخت و کنترل این ساختارها ایجاد کند و حتی نظریه های ما درباره دسته بندی ساختارهای کوانتومی را به چالش بکشد، چون این نوع جدید در چارچوب دسته بندی های فعلی جا نمی گیرد.

این پژوهش همچنین تأیید می کند که ناپایداری کلوین هلمهولتز یک پدیده جهانی است و هم در دنیای کلاسیک و هم در دنیای کوانتومی رخ می دهد.

محققان حالا قصد دارند آزمایش های دقیق تری انجام دهند تا پیش بینی های بیش از یک قرن پیش درباره طول موج و فرکانس این آشفتگی ها را بررسی کنند و ببینند آیا گردابه های مشابه در سیستم های کوانتومی دیگر یا در ابعاد بالاتر هم پدید می آیند یا نه.

در نهایت، کشفی که از الهام یک اثر هنری قرن نوزدهم آغاز شد، ممکن است بخشی از درک ما از فیزیک قرن بیست ویکم را دگرگون کند.