جشن‌های یک‌صدمین سال مکانیک کوانتومی نقطه تمرکز اصلی ما در سال ۲۰۲۵ بود، اما امسال پیشرفت‌های مهمی را در همه شاخه‌های فیزیک به همراه داشت. رصدخانه‌های جدید چشم‌اندازهای تازه‌ای از جهان تاریک به ما عرضه داشته‌اند، رایانه‌های کوانتومی گامی دیگر به انجام وظایف کاربردی نزدیک شده‌اند، و آشکارسازهای امواج گرانشی تمیزترین سیگنال‌هایی که تا امروز ثبت کرده‌اند، تحویل داده‌اند. و عطش فیزیک‌دان‌ها برای رسیدن به سس پاستایی بی‌نقص جایزه ایگ نوبل (Ig Nobel) را برای آنها به ارمغان آورد.

با آرزوی سالی فوق‌العاده در ۲۰۲۶ برای خوانندگان.

سالی پر از جشن‌های کوانتومی

سازمان ملل سال ۲۰۲۵ را با نام «سال بین‌المللی دانش و فناوری کوانتومی» نام‌گذاری کرد و در پی آن مراسم‌هایی در سراسر جهان به منظور برجسته کردن تأثیر دانش کوانتومی برگزار شد. مجله فیزیک (Physics Magazine) نیز این سال را با مجموعه‌ای از مطالب ویژه‌ای گرامی داشت که هدف آنها تعمیق درک خوانندگان مجله از دنیای کوانتومی بود. ما با همکاری دبیران مجله فیزیکال ریویو (Physical Review) مجموعه‌ای از مقالات بنیادینی که به این حوزه سروشکل دادند تهیه کردیم (ببینید: Quantum Foundations Collection)، گزارش‌هایی درباره مهم‌ترین پیشرفت‌های کوانتومی صد سال اخیر منتشر کردیم (ببینید: IYQ Quantum Milestones Collection)، نمادی برای این سال معرفی کردیم و تولد مکانیک کوانتومی را روایت کردیم (ببینید:‌ Special Feature: The Tumultuous Birth of Quantum Mechanics). اما این سال فقط به گذشته‌های پرافتخار محدود نبود؛ تحقیقات کوانتومی – کاربردی و بنیادین – بیشترین موضوعات مورد توجه ما در تمام سال بودند.

C. Lamman/DESI Collaboration

شکاف در مدل استاندارد کیهان‌شناسی

ممکن است منشاء انبساط شتاب‌دار کیهانی،‌ که به انرژی تاریک معروف است، آن‌طور که پیش از این فرض می‌شد «نیروی» ثابتی بر کیهان اعمال نکند (ببینید: The Standard Cosmology Model May Be Breaking and Viewpoint: Rethinking Our Place in the Universe). گروه همکاری ابزار طیف‌سنجی انرژی تاریک (DESI) گزارش داد که بر پایه تحلیل داده‌های نزدیک به ۱۵ میلیون جرم آسمانی، نرخ انبساط شتاب‌دار حدود دو میلیارد سال پیش به اوج (بیشینه) رسیده و از آن زمان تاکنون در حال کاهش است. طی سه سال فعالیت DESI، این همکاری کامل‌ترین نقشه سه‌بعدی جهان را که تاکنون ثبت شده، تولید کرده است و نظریه‌پردازان امیدوارند که نتایج پنج‌ساله بتواند دامنه مدل‌های معتبر برای انرژی تاریک را تا حد چشمگیری محدود کند.

ابررسانایی دستیدگی (کایرالی) در گرافن چندلایه (لایه‌چیده)

در بین شیوه‌های بسیاری که می‌توان صفحات گرافن را روی هم چید، یک آرایش ساده پلکانی، امسال توجهات زیادی را به خود جلب کرد. این لایه‌های پلکانی ساختاری موسوم به «گرافن رومبوهدرال» (rhombohedral graphene) می‌سازند که به دلیل نوارهای الکترونی تخت غیرمعمول می‌توانند میزبان پدیده‌های کوانتومی عجیب‌وغریبی باشند. در واقع محققان دو حالت ابررسانایی جدید در گرافن رومبوئدری کشف کردند که هم کایرالیتیه و هم مغناطیدگی دارند - رخدادی که برای نخستین بار در همه انواع ابررسانا گزارش شده است (ببینید: Chiral Superconductivity in Rhombohedral Graphene). یکی از چشم‌اندازهای هیجان‌انگیز این است که آزمایش‌های بعدی نشان دهند که این حالت‌ها نه‌فقط کایرال که توپولوژیک نیز هستند. اگر این امکان محقق شود، می‌توان از گرافن رومبوئدرال به‌عنوان بستری برای رایانه‌های کوانتومی مقاوم به خطا استفاده کرد.

روزی روزگاری ... خاطره‌ای شکل می‌گیرد

به‌طور طبیعی برای اکثر ما پیش می‌آید که داستانی را بازگویی کنیم. چه یک کتاب محبوب باشد یا یک فیلم کالت، معمولاً به‌راحتی می‌توانیم خط سیر کلی داستان را خلاصه کنیم و در عین حال صحنه‌های مشخصی را نیز به یاد بیاوریم. پژوهشگران برای توضیح توانایی یادآوری داستان یک مدل سلسله‌مراتبی ساخته‌اند (ببینید: How We Remember Stories). ایده اصلی این است که حافظه انسان عناصر داستان را در ساختاری درخت‌مانند سازماندهی می‌کند. عناصر انتزاعی‌تر «تنه» را می‌سازند، درحالی‌که جزئیات مشخص‌تر «شاخه‌»ها را پر می‌کنند. گروه تحقیقاتی برای آزمودن این مدل از شرکت‌کنندگان در پژوهش خواستند تا داستانی که خوانده بودند بازگو کنند. پاسخ‌ها با کمک هوش مصنوعی تحلیل شد و ویژگی‌های آماری‌ای آشکار شد که پیش‌بینی‌های مدل را تأیید می‌کرد.

تصور یک لیزر نوترونی

نوترینوها تقریباً با هیچ چیز برهم‌کنش ندارند، بنابراین گسیل جمعی لیزرمانند نوترینو بیشتر شبیه داستان‌های علمی-تخیلی است. با این حال پژوهش‌گران معتقدند که این پدیده موسوم به «ابَرگسیل» (superradiance) را می‌توان از چگاله کوانتومی اتم‌های رادیواکتیو به‌دست آورد (ببینید: Envisioning a Neutrino Laser). در این طرح پیشنهادی اتم‌های فوق سرد روبیدیوم ۸۳ – که هنگام واپاشی نوتروتو تابش می‌کنند – در یک حالت کوانتومی یکسان قرار می‌گیرند. واپاشی یک اتم باعث تحریک واپاشی دیگر اتم‌ها می‌شود و درنتیجه از کل چگاله گسیل رخ می‌دهد. اما هنوز بر سر راه تحقق چگاله رادیواکتیو و هدایت گسیل‌های آن موانعی وجود دارد. اگر چنین سامانه‌ای ساخته شود، به‌طور بالقوه می‌توان از یک پرتو نوترینوی همدوس در تداخل‌سنجی و ارتباطات استفاده کرد. این مطلب آینده‌ای درخشان برای فراوان‌ترین ذره جرم‌دار جهان خواهد بود.

ESA; Euclid; Euclid Consortium; NASA; image processing by J.-C. Cuillandre, E. Bertin, and G. Anselmi

نگاهی نو به کیهان

به لطف دو پروژه جدید اخترشناسی نگاه کردن به گذشته کیهانی اندکی آسان‌تر شده است. «نخستین نور» رصدخانه ورا سی. روبین (Vera C. Rubin) در شیلی طی تابستان با انتشار تصاویر و ویدیوهایی جشن گرفته شد (ببینید: First Takes of the Largest Astronomical Movie Ever). این تلسکوپ ۸.۴ متری تمام پهنه آسمان [نیم‌کره] جنوبی را پیمایش خواهد کرد تا پدیده‌هایی که شب‌ها «سروصدا به‌پا می‌کنند» پیدا کند، چیزهایی مانند انفجارهای ابرنواختری و سیارک‌های پرسرعت. مأموریت فضایی اقلیدس (Euclid) نمایی هدفمندتر را فراهم خواهد کرد، مأموریتی که با انتشار نخستین تصاویر خود از کهکشان‌های دوردست توجه عموم را برانگیخت (ببینید: Lensing Candidates Stand Out in Euclid Mission’s First Data Release). اخترشناسان اقلیدس در پی درک بهتر ماده تاریک و انرژی تاریک‌اند.

ثبت واضح‌ترین سیگنال موج گرانشی

آشکارسازهای لایگو (LIGO)، ده سال پس از اولین آشکارسازی امواج گرانشی، به نتیجه شاخص دیگری دست یافتند و واضح‌ترین سیگنال ناشی از ادغام سیاه‌چاله‌ها را که تاکنون ثبت شده، شکار کردند (ببینید: Landmark Black Hole Test Marks Decade of Gravitational-Wave Discoveries). با این که رخداد ادغام به شکل قابل توجهی شبیه رخدادی بود که در سال ۲۰۱۵ گزارش شده بود،‌ پیشرفت‌های آشکارسازها طی ده سال گذشته به‌ شکل چشمگیری نویز (نوفه)ها را کاهش داده است. حساسیت بی‌سابقه آشکارسازهای کنونی به گروه همکاری لایگو-ویرگو-کاگرا (LIGO-Virgo-KAGRA) این امکان را داده تا «اورتون‌های» (صداهای فرعی، overtone) سیگنال را بر فراز فروکش نوسانی [سیاه‌چاله] بشنوند. تحلیل این ویژگی‌های طیفی ماهیت اجرام در حال ادغام را تأیید می‌کند و قانع‌کننده‌ترین تأییدیه‌ای که تا ‌به ‌امروز بر «قضیه مساحت» استفن هاوکینگ (۱۹۷۱) آورده شده، فراهم می‌کند؛ قضیه‌ای که می‌گوید مساحت کل افق سیاه‌چاله هرگز،‌حتی پس از ادغام سیاه‌چاله‌ها، کم نمی‌شود.

کامل کردن پاستای مشکل‌ساز

سس پاستای کاچیو اِ پپه فقط سه ماده اولیه دارد: پنیر پکورینو رومانو، فلفل سیاه سابیده و آب پُرنشاسته‌ای که پاستا – معمولاً اسپاگتی - در آن پخته می‌شود. با این که مواد ساده‌اند،‌ تهیه این غذا دشوار است چرا که ممکن است سس به‌صورت امولسیونی یکدست و خوش‌ظاهر تشکیل نشود. با این‌که توصیه‌های بسیاری درباره چگونگی درست کردن کاسیو اِ پپه اشتهاآور وجود دارد، گروهی از فیزیک‌دان‌های ایتالیایی تصمیم گرفتند تا منشاء بدقلق بودن سس را بررسی کنند. محققان به این نتیجه رسیدند که برای تهیه کاسیو اِ پپه بی‌نقص افزودن مقدار کمی نشاسته ذرت ضروری است (ببینید: Cooking Flawless Pasta). ترکیبی از تکنیک‌های تجربی و نظری که این گروه برای حل این معمای آشپزی به‌کار گرفتند، جایزه ایگ نوبل فیزیک (Ig Nobel) فیزیک امسال را برای آنها به ارمغان آورد.

یادگیری زبان تغییرات اقلیمی

اگر بخواهیم آسیب‌های سبک زندگی مبتنی بر سوخت‌های فسیلی خود به سیاره‌مان را کاهش دهیم لازم است که جامعه به [استفاده از] سیستم‌های انرژی بدون کربن گذار یابد. مدت‌هاست فیزیک‌دان‌ها تلاش خود را بر مشکلات فنی پیش‌بینی تغییرات اقلیمی و توسعه منابع انرژی تجدیدپذیر متمرکز کرده‌اند. نورماند موسو (Normand Mousseau) فیزیک‌دان ماده چگال معتقد است که برای جلوگیری از این تصور که فیزیک‌دان‌ها ساده‌لوح‌اند،‌ تقویت روابط آنها با دانشمندان علوم سیاسی، مهندسان، اقتصاددان‌ها و دیگر متخصصین ضروری است (ببینید: How Can Physicists Contribute to the Climate Challenge?). فیزیک‌دان‌ها با یادگیری زبان این متخصصین می‌توانند تأثیر معنادارتری بر آینده اقلیمی ما داشته باشند. موسو از نهادها می‌خواهد تا آموزش فیزیک‌دان‌ها را گسترش دهند و از مشارکت آنها در تحول انرژی حمایت کنند.

R. Lin et al., Phys. Rev. Lett. 135, 060602 (2025)

ویدیوی گربه کوانتومی پربازدید شد

محققان با استفاده از بیش از ۵۰۰ اتم به‌عنوان پیکسل‌های متحرک، یک ویدیوی کارتونی درباره گربه شرودینگر ساختند (ویدیو را ببینید: Cat Video Made with Atoms—one of our most viewed stories of the year). هدف از این انیمیشن نمایش سرعت بی‌سابقه‌ سیستم هوش مصنوعی جدید پژوهشگران بود که به آنها این امکان را می‌داد تا اتم‌ها را در یک آرایه شامل هزاران تله تک‌اتمی دستکاری کنند. گروه توانست اتم‌ها را طی ۶۰ میلی‌ثانیه بازآرایی کند،‌در حالی که سیستم‌های قبلی به دلیل سازمان‌دهی جریان حرکت این تعداد اتم، زمان بسیار بیشتری طول می‌کشید. چنین جابه‌جایی سریعی برای رایانه‌های کوانتومی مبتنی بر اتم در آینده ضروری خواهد بود.

منبع:

Highlights of the Year