מגזין הטכניון | אביב 2022

אפשר לקבוע בעת ובעונה אחת את מיקומו של חלקיק ואת התנע שלו (שממנו נגזרת מהירותו); אי-ודאות אנרגטית פירושה שאי אפשר לקבוע בעת ובעונה אחת את הפרש הזמן בין שני אירועים קוונטיים ואת הפרשי האנרגיה ביניהם. לדברי פרופ’ שגיא, “במחקר הנוכחי הצלחנו להראות כי כפי שצפו מנדלשטם ותם, הזמן המינימלי להתרחשות של אותו שינוי מובחן בגל החומר תלוי ברמת אי-הוודאות האנרגטית של האטום; זמן זה מתקצר ככל שאי-הוודאות האנרגטית גדלה.” במחקר אוששה תופעה נוספת שנחזתה תאורטית : מרגע שאי- 1998- על ידי נורמן מרגולוס ולב לוויטין ב הוודאות האנרגטית גדלה עד שעברה את האנרגיה הממוצעת של גל החומר, דווקא האנרגיה הממוצעת היא שמכתיבה את גבול המהירות של המערכת. לדברי החוקרים, “זו הפעם הראשונה ששני גבולות המהירות נמדדו במערכת קוונטית מורכבת - ובאותו ניסוי.” החוקרים מסכמים שמחשבים קוונטיים אכן יפתרו בעיות במהירות חסרת תקדים, אולם גם מהירות זו תהיה מוגבלת; כעת נוכל לדעת בדיוק עד כמה היא מוגבלת. המחקר מומן על ידי קרן ריינהרד פרנק בשיתוף אגודת ,) DFG ידידי הטכניון בגרמניה, קרן המחקר הגרמנית ( מרכז הקוונטום ע”ש הלן דילר בטכניון והשירות הגרמני .) DAAD לחילופים אקדמיים ( תכונות המכניקה הקוונטית. לכן, במקום לנסות לקבוע את מיקומו ואת צורתו של גל החומר, פיתחו החוקרים שיטה חדשה שקובעת באופן ישיר את השינוי שהם מחפשים - את סטייתה של הגולה הקוונטית ממצבה הראשוני.” “לשם כך,” מסביר גל נס, המחבר הראשי במאמר ודוקטורנט בהנחייתו של פרופ’ יואב שגיא, “יצרנו עותק של גל החומר של האטום כך שהיו לנו למעשה שני עותקים של אותו מצב. באמצעות הבזקי אור מהירים השגנו סופרפוזיציה קוונטית של שני העותקים.” כשאחד משני העותקים של גלי החומר גולש במורד קערת האור, גל החומר השני כבר נמצא בתחתית קערת האור שלו ולכן נשאר במקומו וכבר אינו יכול לזוז או להשתנות. בשלב מסוים מאפשרים החוקרים לשני העותקים הזהים להתמזג, ואז, באמצעות השוואה בין מצביהם הקוונטיים בנקודות זמן מסוימות, הם מצליחים לחלץ את גבול המהירות המבוקש - משך הזמן המינימלי לשינוי המובחן בגל החומר. באמצעות שינוי הגובה הראשוני שממנו האטום מתדרדר בקערת האור הצליחו הפיזיקאים לשלוט לא רק באנרגיה הממוצעת אלא גם באי-הוודאות האנרגטית של האטום. נזכיר כי עיקרון אי-הוודאות של הייזנברג קובע כי אי 27 מדענים בפקולטה לפיזיקה מציגים את הגורמים המכתיבים את גבול המהירות של חישובים קוונטיים גולות קוונטיות בפעולה – איור אומנותי של גל-חומר המתגלגל במורד מדרון תלול Enrique Sahagún, Scixel איור: