مشاهده ناهنجاری‌های گرانشی در زمین برای اولین‌ بار

پس از متوقف شدن تورم کیهانی، در زمانی که جهان تنها چند میکروثانیه سن داشت، پلاسمای کوارک گلوئون (QGP) تنها چیزی بود که در آن وجود داشت که می‌تواند مجموعه‌ای از اثرات غیر معمول کوانتومی را به نمایش بگذارد. اکنون برای نخستین‌ بار، پژوهشگران شرکت IBM موفق شده‌اند ناهنجاری گرانشی را در مواد زمینی مشاهده کنند؛ این در حالی است که تا به امروز دانشمندان گمان می‌کردند ناهنجاری گرانشی تنها در پلاسمای کوارک گلوئون یا لحظات پس از مه‌بانگ وجود داشته است.

در دنیای فیزیک کلاسیک، قوانین خاصی حکم‌فرمایی می‌کنند که یکی از مشهورترین آن‌ها، قانون پایستگی انرژی است. پایستگی انرژی بیان می‌کند که در یک سیستم بسته، مقدار انرژی تغییر نمی‌کند و فقط شکل آن تغییر می‌کند. دسته‌ای دیگر از مواد عجیب و کمتر شناخته‌شده مانند پلاسمای کوارک گلوئون وجود دارند که اثرات کوانتومی را به نمایش می‌گذارند و قوانین فیزیک کلاسیک در دنیای این مواد هیچ‌گونه کاربردی ندارند. پیش‌تر گفته می‌شد این مواد عجیب که در شرایط سخت پس از مه‌بانگ ذوب شدند و ما نیز می‌توانیم آن‌ها را در شتاب دهنده‌های ذرات انرژی بالا ذوب کنیم، تنها جایی هستند که می‌توان اثرات کوانتومی را در آن‌ها مشاهده کرد.

اما اکنون، دانشمندان شرکت IBM موفق شده‌اند یک اثر کوانتومی به نام «ناهنجاری محوری/گرانشی» را در ماده‌ی جدیدی به نام «نیمه‌رسانای وِیل» مشاهده کنند. الکترون‌های موجود در این بلورها با توجه به جهت چرخش خود، به دو دسته‌ی مختلف تقسیم می‌شوند و معمولاً در هر دسته، تعداد الکترون‌ها از هر نوع برابر است. دانشمندان اکنون با اعمال یک شیب حرارتی، دریافته‌اند که ناهنجاری‌های (انحرافات) کوانتومی در تقارن با الکترون‌ها هستند و موجب تغییر الکترون‌ها از نوعی به نوع دیگر و بالعکس می‌شوند. این نخستین‌ بار است که ناهنجاری گرانشی تحت شرایط عادی روی زمین مشاهده می‌شود.

دکتر کارل لندشتاینر به کمک یک شکل هندسی، این کشف مهم را نشان می‌دهد.

کارل لندشتاینر، یکی از نویسندگان نتایج این پژوهش، می‌گوید:

این یک کشف فوق‌العاده هیجان‌انگیز است. اکنون ما می‌توانیم بدون تردید نتیجه بگیریم که یک چنین تقارنی را می‌توان در هر سیستم فیزیکی مشاهده کرد و فرقی نمی‌کند که در ابتدای شکل‌گیری جهان یا همین امروز روی زمین رخ داده باشد.

نیمه‌رساناهای وِیل، بلورهایی جامد هستند؛ بنابراین انحرافات باعث می‌شوند تعداد بیشتری از الکترون‌ها از طرف گرم به طرف سرد نیمه‌رسانا حرکت کنند و همین امر به تولید جریان الکتریکی منجر می‌شود. یوهانس گوت، نویسنده ارشد مقاله، می‌گوید:

این انحراف تا به امروز مورد توجه قرار نگرفته است. ما می‌توانیم بر اساس این انحراف، دستگاه‌های حالت جامدی را تولید کنیم که می‌توانند به شکل چشمگیری مشکلات بنیادین دستگاه‌های الکترونیکی کلاسیک مانند ترانزیستورها را برطرف کنند.

نتایج این پژوهش در نشریه Nature منتشر شده است.