"تسجيل حدث هطول الأمطار الكمي لأول مرة"

أظهرت التجارب التي أجريت على غاز ذري فائق البرودة من نظائر البوتاسيوم-41 والروبيديوم-87 أن هذه الذرات تتفكك إلى قطرات صغيرة، تماماً مثل قطرات المطر. يبني هذا الاكتشاف الرائع جسراً مثيراً للاهتمام بين ديناميكيات الموائع الكلاسيكية وسلوك الغازات الكمية.

يقول قائد البحث، عالم فيزياء المادة المكثفة لوكا كافيتشيولي من المعهد الوطني الإيطالي للبصريات، إن هذا الاكتشاف يساهم في فهم المرحلة السائلة غير العادية ويمهد الطريق لصفائف القطرات الكمية التي يمكن استخدامها في التقنيات الكمية في المستقبل.

في السوائل الكلاسيكية، يتم وصف تفتت القطرات أو التحامها بقوانين فيزيائية مثل التوتر السطحي وعدم استقرار هضبة رايلي. وتفسر هذه القوانين سبب التحام قطرات الماء في بعض الأحيان وتفتتها إلى قطع صغيرة في بعض الأحيان أثناء انزلاقها على سطح الزجاج.

لكن الوضع مختلف في الغازات الكمية. حيث تفقد الذرات هويتها الجسيمية الكلاسيكية وتتحرك في سحب من الاحتمالات. ومع ذلك، يمكن أن تنشأ "توترات" في الغاز الذري. أحد هذه التوترات هو تصحيح لي-هوانج-يانج على المستوى الكمي، والذي يخلق قوى تنافر بين الذرات.

ويقول الباحثون إن هذه التأثيرات تتسبب في تفكك الغازات الذرية لفترة وجيزة إلى قطرات كمومية صغيرة. كانت القطرات الكمومية التي تم رصدها سابقاً قصيرة الأجل للغاية وبالتالي يصعب تحليلها بالتفصيل.

في التجربة الأخيرة، ظلت القطرات مستقرة لأجزاء من الثانية. تم إطلاق الخليط الذري في "موجه موجي". وقد حدّت هذه القناة الضيقة من الطبيعة الموجية للخليط وأدت إلى تكوين قطرات متعددة - مثل المطر في عالم الكم.

اختلف شكل هذه القطرات وطولها وفقًا للتغيرات في عدد الذرات. ومن المثير للاهتمام أن هذا السلوك قد تم التنبؤ به نظريًا في السابق. وبالتالي، يمكن أن تفتح البيانات التجريبية الباب أمام تطبيقات أوسع في الفيزياء الكمية.

وقالت كيارا فورت عالمة الفيزياء في جامعة فلورنسا: "إن عدم استقرار هضبة رايلي، الذي كثيراً ما لوحظ في السوائل الكلاسيكية، قد لوحظ أيضاً في الهيليوم فائق المائع، ولكن هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها تأكيد هذه الظاهرة في الغازات الذرية".