פיסיקאים באוניברסיטת בן-גוריון גרמו לאטום להיות בשני מקומות שונים באותו הזמן

מצב "בלתי אפשרי" שכזה מתאפשר בעולם המוזר שמתואר על ידי תורת הקוונטים. על מנת להגיע לעולם הקוונטי קירר הצוות את האטום לטמפרטורה של בערך 100 ננו-קלווין (אחד חלקי עשרה מיליון המעלה מעל "האפס המוחלט"), שהיא הטמפרטורה הקרה ביותר הידועה למין האנושי בטבע או במעבדה

תמונה אמיתית של קבוצה של אטומים (במצב גזי), כאשר כל אטום נמצא גם בקבוצה העליונה וגם בקבוצה התחתונה, באותו הזמן. הצבע אינו אמיתי והוא מייצג את צפיפות האטומים. צילום: שמעון מכלוף

צוות פיסיקאים מקבוצת השבב האטומי באוניברסיטת בן-גוריון שכלל את הדוקטורנט שמעון מכלוף, את החוקר דר' יונתן יפה ואת פרופ' רון פולמן, הצליח, בעזרת שדה מגנטי סטטי, לגרום לאטום להיות בשני מקומות בו זמנית.

המאמר שמתאר את הניסוי המאוד מורכב הזה פורסם לאחרונה בעיתוןNature Communications. ההצלחה ביצירת המצב המוזר שניקרא בשפה המקצועית מצב של סופרפוזיציה, מאפשרת הצצה נדירה לתוך העולם הקוונטי ועקרונותיו. מעבר למחקר הבסיסי בעניינה של אחת משתי המהפכות הפיסיקליות של המאה ה-20, מאפשר מצב הסופרפוזיציה גם פיתוחים טכנולוגיים כגון מערכות ניווט אינרציאליות או מערכות למדידת שדה הגרביטציה (למשל עבור חיפושי מים ונפט) ברגישות חסרת תקדים.

סופרפוזיציה מרחבית היא מצב שבו חלקיק קוונטי יחיד נמצא בשני "עותקים" (או יותר) הנמצאים במקומות שונים באותו הזמן. במצב מיוחד זה, העותקים השונים שומרים על יחס מיוחד ביניהם, הקובע את תכונות החלקיק כאשר העותקים נפגשים שוב. יחס זה, הנקרא "פאזה", רגיש מאד לכוחות הפועלים בסביבת העותקים, וכך עשוי לשמש למדידה מדויקת ביותר של כוחות כאלה. רגישות זו מאפשרת פיתוח אפליקציות טכנולוגיות מגוונות וכן מאפשרת מחקר מדויק של יסודות תורת הקוונטים, כמו גם חיפושים אחר כוחות חדשים ופיסיקה חדשה.

צוות המחקר קירר ענן אטומים במצב גזי וגרם לכל הענן להיכנס למצב של סופרפוזיציה, כך שכל אטום בענן ניכנס למצב הסופרפוזיציה. בסך הכל מדובר בכעשרת אלפים אטומים שקוררו למצב של התעבות בוזה-איינשטיין. קירור קיצוני שכזה זיכה את המדענים שהצליחו בכך בפעם הראשונה בפרס נובל (2001). גם הכנסת אטומים למצב של סופרפוזיציה כבר בוצע בעבר.

החידוש בעבודה הנוכחית הוא השימוש שבוצע בשדות מגנטיים סטטיים. ב-1921 מדענים גילו כי האלקטרון, וכך גם האטום שבתוכו הוא נימצא, הם מגנטים קטנים וכי שדות מגנטיים סטטיים יכולים להפעיל עליהם כוח (אפקט שטרן-גרלך). מיד עם גילוי התופעה היה ברור כי ניתן יהיה להשתמש בזה כדי ליצור מצב של סופרפוזיציה, אך לאחר מספר חישובים, מהר מאוד הבינו המדענים כי הדבר יהיה מאוד קשה לביצוע. ואכן, כמעט מאה שנים של ניסיונות העלו חרס. בעזרת מספר שינויים שהכניס ברעיון המקורי, הצליח עתה צוות המחקר של אוניברסיטת בן-גוריון בביצוע המשימה.

למאמר בנייצ'ר
מאמרים נוספים של קבוצת המחקר

{loadposition content-related}