فیزیکدانان ایرانی اصلی بنیادی، فیزیک کوانتومی را زیر سؤال بردند

محققان ایرانی در تحقیقات گسترده‌ای که به تازگی با همکاری پژوهشگرانی از کشورهای اسلونیا، آمریکا، انگلستان و فرانسه انجام داده‌اند، نیرویِ نامتعارفی را معرفی کرده‌اند که یافته‌های پیشین درباره اصل بنیادی «اندازه‌گیری اثر کازیمیر» در فیزیک را تا حدودی زیر سوال برده است.

به گزارش علم پرس به نقل از ایسنا، یکی از پدیده‌های شگفت‌انگیزی که در فیزیک معاصر طی چند دهه اخیر مورد توجه فیزیکدانان نظری و تجربی، تقریبا در تمام بخش‌های پژوهشی قرار گرفته‌ است، «اثر کازیمیر» است.

این اثر که برای نخستین بار در سال ۱۹۴۸ به‌ وسیله‌ی «هندریک کازیمیر» پیش‌بینی شد بر این اصل استوار است که چنانچه دو سطح فلزی ایده‌ال و کاملا خنثی در خلاءِ کامل و عاری از هر گونه ماده و تشعشع خارجی در دمای صفر مطلق قرار داده شوند، یکدیگر را با یک نیروی متناهی جذب می‌کنند. این نتیجه در واقع نشان می‌دهد که نیرویی از هیچ، بین دو صفحه فلزی پدیدار می‌شود.

امروزه این نتیجه که در ابتدا غیربدیهی به نظر می‌رسید به برخی از بنیادی‌ترین قوانین فیزیک نوین از جمله فیزیک کوانتومی و نسبیتی پیوند خورده‌ است.

این نیرو در واقع ناشی از این حقیقت است که بر اساس فیزیک کوانتومی خلأ نمی‌تواند مطلقاً خالی باشد، بلکه دارای حالت پایه‌یی حاوی انرژی نامتناهی است که به عنوان انرژیِ نقطه صفر شناخته می‌شود.

اکنون، دکتر علی ناجی از پژوهشگاه دانش‌های بنیادی (IPM) و دانشگاه کمبریج انگلستان با همکاری دکتر جلال سرآبادانی از مؤسسه ماکس پلانک در ماینز آلمان و دانشگاه اصفهان و پژوهشگرانی از دانشگاه‌های لیوبلیانا در اسلونیا، ماساچوست در آمریکا، کمبریج انگلستان و بوردویِ فرانسه توجه خود را به بررسی برهمکنش و نیروهای عامل بین سطوح بارداری معطوف کرده‌اند که توزیع بار الکتریکی بر روی سطح آنها به صورت تصادفی پخش شده است.

در سال ۲۰۰۸ توجه تحقیقاتی این تیم به مساله بی‌نظمی و ناهمگنی توزیعِ بار الکتریکی در مساله «اثر کازیمیر» در خلاء معطوف شده بود که شباهت‌های نزدیکی با مسائل فوق نشان می‌داد.

مطالعات بعدی این محققان که تاکنون نیز ادامه دارد، نتایجی به همراه داشته است که به نشر چندین مقاله و طرح مقولات ویژه‌ حائز اهمیت فراوان در علوم نانو منجر شده است.

ناجی درباره کار تحقیقاتی تیم حاضر، اضافه کرد: مشاهدات آزمایشگاهی با حساسیت بالا که اخیراً انجام شده، یافته‌های پیشین در اندازه‌گیری «اثر کازیمیر» را تا حدودی زیر سؤال برده است.

به گفته وی، اندازه‌گیری‌های اخیر نشان داده که مشاهده مستقیم این اثر چندان بدیهی نیست، بلکه به علت وجود بی‌نظمی‌های طبیعی در مواد، یک نیروی نامتعارف بسیار بلند بردِ دیگر بین سطوحِ مورد آزمایش دیده می‌شود که اثر اصلی را کاملاً تحت الشعاع قرار می‌دهد.

این محقق افزود: پیشنهاد شده است که برای به‌ دست آوردن نیروی اصلی «کازیمیر» ابتدا باید این نیروی نامتعارفِ بلندبرد شناخته شده و از نیروی کل مشاهده شده حذف شود.

عضو هیات علمی پژوهشگاه دانش‌های بنیادی درباره تحقیقات انجام شده خود و همکارانش توضیح داد: اساس نظریه‌ای که ما ارائه کردیم، بر این اصل استوار است که مواد غالباً دارای بی نظمی در توزیع بار خود هستند و حتی موادی که در کل خنثی هستند و بار الکتریکیِ خالص ندارند، دارای بارهای مثبت و منفی‌ ای هستند که به صورت تصادفی در روی سطح یا در حجم آنها توزیع شده‌اند.

وی افزود: چنین بی‌نظمی بار الکتریکی حتی در تمیزترین نمونه‌های مواد وجود دارد و مورد تایید در آزمایش‌های اخیر قرار گرفته و لذا نشان می‌دهد تصور این که سطوحِ خنثی «مطلقاً بدون بار» هستند، درست نیست.

به گفته این محقق ایرانی، نظریه ارائه شده توسط او و همکارانش نشان می‌دهد که حضور بارهای تصادفی ثابت یا یخ‌زده (quenched) منجر به نیروهای بلندبرد حتی بین موادی می‌شود که در کل خنثی هستند و بار خالص ندارند.

وی این نظریه را تا حدی محیرالعقول خواند و تصریح کرد: طبق تمام متون استاندارد درسی در زمینه نیروهای الکترومغناطیس، اجسام خنثی تنها می‌توانند با نیروهای کوتاه‌برد ناشی از اثرات معروف به دو قطبی یا چندقطبی‌های الکتریکی، برهمکنش داشته باشند.

به گفته وی نظریه‌ای که ارائه شده، منجر به نتیجه‌ای می‌شود که در نظریه‌های استاندارد برهمکنش الکترومغناطیسی بین مواد در نظر گرفته نشده و از این نظر به عنوان یک نتیجه بنیادین مطرح شده‌ است.

این نتیجه برای اولین بار در مجله «Physical Review Letters» در سال ۲۰۱۰ ارائه شده و تحقیقات ادامه یافته و منجر به نتایج جدیدی شده است.

همچنین از این کار تحقیقاتی گسترده، مقالات متعددی در مجلات معتبر بین‌المللی منتشر شده‌ است.

علم پرس