آیا تا به حال به کیهان نگاه کرده و به قوانین بنیادینی که بر همه چیز حاکم است فکر کردهاید؟ دانشمندان نیز دقیقاً همین دغدغه را دارند و برای یافتن پاسخها، به سراغ یکی از گریزانترین ذرات عالم، یعنی نوترینوها، رفتهاند. یک مطالعه نوین و پیشگامانه در حال ایجاد پلی میان فیزیک ذرات و نظریه اطلاعات کوانتومی است تا فیزیک را فراتر از درک کنونی ما، که به مدل استاندارد معروف است، کاوش کند.
پژوهشگرانی از دانشگاه سالرنو، موسسه ملی فیزیک هستهای ایتالیا (INFN) و موسسه رودر بوشکوویچ در این تلاش پیشگام هستند. کار آنها به بررسی این موضوع میپردازد که چگونه قوانین شگفتانگیز دنیای کوانتوم میتواند به ما در کاوش عمیقترین ویژگیهای نوترینوها کمک کند. یکی از پرسشهای محوری این است که آیا نوترینوها پادذره خودشان هستند یا خیر (ویژگیای که آنها را به عنوان ذرات مایورانا طبقهبندی میکند). پاسخ به این پرسش میتواند درک ما از خودِ ماده را متحول سازد.
این تیم از پدیدههای کوانتومی شگفتانگیز به عنوان ابزار خود استفاده میکند. آنها در حال تحلیل «ناهمدوسی» (decoherence) هستند؛ فرآیندی که طی آن یک سیستم کوانتومی به دلیل برهمکنش با محیط اطراف، ویژگیهای کوانتومی خود را از دست میدهد. با مطالعه چگونگی تأثیر ناهمدوسی بر نوسانات نوترینو، آنها میتوانند به دنبال نقضهای بسیار کوچک اما عمیق تقارنهای بنیادی مانند تقارن CPT (بار، پاریته و زمان) باشند. هرگونه نقض این تقارن، رویدادی تکاندهنده در فیزیک خواهد بود و نشان میدهد که درک ما از فضا-زمان و برهمکنشهای بنیادی ناقص است.
اما این کاوش به همین جا ختم نمیشود. این مطالعه همچنین از درهمتنیدگی کوانتومی – همان «عمل شبحوار از راه دور» معروف – به عنوان یک ابزار کاوش جدید بهره میبرد. پژوهشگران این نظریه را مطرح میکنند که درهمتنیدگی میتواند بین ذرات از طریق تأثیر ذرات فرضی مانند اکسیونها ایجاد شود. اکسیونها از کاندیداهای اصلی ماده تاریک هستند؛ ماده مرموزی که حدود ۲۷ درصد از کیهان را تشکیل میدهد. با جستجوی این نشانههای درهمتنیدگی، ما میتوانیم به طور غیرمستقیم اکسیونها را شناسایی کنیم، حتی اگر یافتن مستقیم خود این ذرات بسیار دشوار باشد.
برای مدلسازی این برهمکنشهای پیچیده، دانشمندان از یک چارچوب ریاضی قدرتمند برای «سیستمهای کوانتومی باز» استفاده میکنند که معادله اصلی گورینی-کوساکوفسکی-لیندبلاد-سودارشان (GKLS) نام دارد. این رویکرد به آنها اجازه میدهد تا به طور واقعبینانه نحوه تعامل نوترینوها با محیط اطرافشان را شبیهسازی کنند، به جای آنکه آنها را موجوداتی منزوی در نظر بگیرند. این رویکرد دقیق، مسیری جدید برای آزمودن محدودیتهای فیزیک تثبیتشده و کشف نیروها و ذرات جدیدی که ممکن است فراتر از آن وجود داشته باشند، فراهم میکند.
این پژوهش به زیبایی نشان میدهد که چگونه حوزههای مختلف علم میتوانند برای حل بزرگترین رازها با یکدیگر همکاری کنند. با ترکیب دقت اطلاعات کوانتومی با مقیاس بزرگ فیزیک ذرات و کیهانشناسی، ما در حال گشودن درهای کاملاً جدیدی برای درک بافت بنیادین جهان خود هستیم.
اطلاعات بیشتر از منبع: Quantum Zeitgeist