کشف تصادفی حالت جدیدی از ماده

وب سایت کلیک: دانشمندان موفق به کشف حالت جدید و اسرارآمیزی از ماده شده اند که توسط یک تکه معمولی شیشه ایجاد می شود و ذوق و هیجان زیادی را در آن ها ایجاد کرده است.

یک فیزیکدان به یک بحث و مطالعه بسیار قدیمی که به ۳۰ سال پیش برمی گردد، جان دوباره بخشیده است. به نظر می رسد این فیزیکدان حالت جدید و اسرارآمیزی از ماده را در یک تکه معمولی از شیشه کشف کرده است.

برای چند دهه دانشمندان رد این پدیده یا به عبارتی دیگر، انتقال فاز غیرقابل شرح را در مواد موجود در زندگی واقعی دنبال کردند و در حال حاضر که ما شواهدی برای آن به دست آورده ایم، دانشمندان در سراسر جهان در حال تلاش برای درک این موضوع هستند که کشف این پدیده می تواند چه نتیجه ای برای انواع سیستم های بی نظم در جهان، از مایعات و گازها گرفته تا ذرات و کهکشان ها داشته باشد.

این کشف که توسط فیزیکدان شویایدا از دانشگاه دوک با موفقیت به عمل آمده است، می تواند حالت عجیب و غریب، اسرارآمیز و جدید ماده را به خارج از قلمرو فرضی از ابعاد نامتناهی، یعنی به دنیای واقعی منتقل کند. در نتیجه این کشف، دانشمندان در سراسر دنیا در دانشگاه ها و آزمایشگاه های مختلف به تکاپو افتاده اند تا هرچه سریع تر این مطالعه به ثمر بشیند.

یکی از اعضای این تیم، پاتریک شاربونو می گوید: ما نکاتی از این انتقال را پیدا کردیم، اما هیچ گاه جرات نکردیم که این نکات را به عنوان شواهدی بر وجود این انتقال تلقی کنیم، چرا که بخشی از جامعه محققین و متخصصین وجود آن را نفی می کردند. اما آن چه از مطالعه و تحقیق شو به ثمر نشسته، وجود این انتقال و یا "حالت گذار" را ثابت می کند.

اسرار آمیز بودن این پدیده بر اساس این حقیقت است که اگر شما را یک کریستال را در حالت زوم شده به منظور دیدن ساختارهای درونی مشاهده کنید، با یک آرایه کاملا منظم و متقارن از اتم ها مواجه می شوید. اما اگر همین کار را بر روی یک تکه معمولی از شیشه انجام دهید، چیزی جز بی نظمی و هرج و مرج میان اتم های آن مشاهده نخواهید کرد.

این موضوع باعث می شود مطالعه شیشه و مواد نشان دهنده بی نظمی در اتم ها فوق العاده دشوار شود، زیرا در حال حاضر هیچ نظریه ای به منظور توضیح رفتار اتم ها در واکنش به عواملی مانند گرما و یا شکستگی وجود ندارد.

هنگامی که شویایدا و تیمش این آشفتگی و بی نظمی تصادفی را در یک قطعه معمولی شیشه مورد بررسی قرار دادند، متوجه شدند که ساختار داخلی آن حتی از آن چه تصور می کردیم عجیب تر و اسرارآمیز تر است؛ به نظر می رسد که این مواد تحت یک انتقال فاز عجیب و غریب در دماهای پایین قرار می گیرند که منجر به تشکیل یک حالت جدیدی از ماده می شود.

با توجه به محاسبات او و تیمش، این حالت جدید از ماده می تواند بر چگونگی واکنش مواد مختلف به عواملی مانند گرما و صدا و نیز چگونگی و زمان شکسته شدن آن ها تحت فشار زیاد تاثیر فراوانی داشته باشد.

این حالت یا فار که با عنوان شکست تقارن مدل شناخته می شود، پیش تر در سیستم های فرضی با بیش از ۶ بعد نمایش داده شده بود؛ چیزی که هیچ گاه در دنیایی که در آن زندگی می کنیم یافت نشده است. اما این بار محققان دانشگاه دوک نشان دادند که این پدیده می تواند در اشیاء واقعی و آن هم فقط با سه بعد فضایی رخ دهد!

یکی از محققین گفت: من نمی دانستم که تا چه حد این موضوع می تواند مشکلاتی را به وجود آورد! من راجع به شهرت این پدیده اطلاعاتی در دست داشتم اما از ویژگی های آن چیزی نمی دانستم. من نمی دانستم که در نتیجه این مطالعه، چه کسانی خوشحال و چه کسانی متقاعد می شوند.البته مطمئنا تعدادی هم از به ثمر نشستن این مطالعه عقب نشینی می کردند.

بر اساس محاسبات، تیم مذکور دریافتند که یک نقطه در شیشه در دماهای پایین وجود داشت که در آن اتم ها در پیکربندی های مختلف در سراسر ساختار ماده به ترتیب قرار گرفتند. به عبارت دیگر، آن فقط یک آرایش بی نظم و آشفته نیست، بلکه پدیده شکست تقارن مدل یک دسته کامل از الگوهای تصادفی ایجاد می کند.

برای اولین بار، شویایدا قادر به پیدا کردن یک نقطه ثابت در سه بعد در محاسبات خود شد که یک پیش نیاز حیاتی و کلیدی برای اثبات وجود یک انتقال و گذار فاز است. در زیر تصویر سمت چپ مربوط به مطالعه ای است که در پیدا کردن یک نقطه ثابت در سه بعد شکست خورده بود و محاسبات شویایدا در سمت راست بیان گر این است که نقطه ثابت در محل تداخل خطوط پیدا شده است.

او در یک بیانیه مطبوعاتی خاطر نشان کرد که وجود همین مسائل و مطالعات عمیق و تلاش برای رسیدن به نتیجه است که باعث علاقه او به دانش شده است. او در ادامه گفت : این فقط یک نقطه است، اما برای دانشمندان و محققان متعددی در این زمینه به معنای یک موفقیت عظیم است. این نقطه نشان می دهد که موارد عجیب و غریبی که مردم در دهه هفتاد و هشتاد به آن ها پی بردند دارای ارتباطی فیزیکی با این دنیای سه بعدی است.

اما با این وجود هنوز همه افراد درگیر در این تحقیق متقاعد نشده اند. فیزیکدان بریتانیا مایکل مور از دانشگاه منچستر برای پی بردن به این انتقال فاز در سیستم های مختلف به نام اسپین جستجوهای فراوانی را انجام داده است و می گوید اثبات ارائه شده توسط تیم دوک کافی نیست.

او در ادامه متذکر شد: من فکر نمی کنم که این مقاله اشتباه باشد. تنها بر این باور هستم که این پدیده فقط گمانی و بر اساس حدس و گمان است. البته هیچ گاه ادعا نمی کنم که تحقیقات و یافته های ما هم کاملا دقیق است، اما این نشان می دهد که بعید است که سناریو تیم دانشگاه دوک صحت داشته باشد.

فیزیکدان لیزا منینگ از دانشگاه سیراکوس اعتراضات و مخالفت های مشابهی به محاسبات انجام شده در وضعیت فعلی نشان داده است، اما فکر می کند شویایدا و تیمش در مسیر درست گام بر می دارند و سرانجام به نتیجه ای قابل قبول می رسند.

چالش واقعی راجع به این موضوع زمانی خواهد بود که محققان بتوانند از پیش بینی های خود برای یافتن این حالت جدید از ماده استفاده کنند. در صورتی که آن ها موفق به انجام این مهم شوند، ما شواهد زیادی به جز محاسبات ریاضی برای نشان دادن عجیب و غریب و اسرارآمیز بودن اتم ها در اختیار خواهیم داشت که تنها از یک تکه معمولی شیشه نشات می گیرند.

این واقعیت که این انتقال در واقع ممکن است تنها در سه بعد وجود داشته باشد، به این معنی است که ما می توانیم به طور جدی و بی درنگ به سمت اثبات کامل آن پیش برویم.

شایان ذکر است که این پدیده بر چگونگی انتشار صدا، میزان جذب گرما و انتقال اطلاعات از طریق آن تاثیرگذار است. همین طور، طرز شکسته شدن و خرد شدن شیشه و متلاشی شدن اتم های آن نیز از این پدیده تاثیر خواهد پذیرفت.