Φανταστείτε μια χορδή κιθάρας που συνεχίζει να πάλλεται αφού την τσιμπήσουμε, ή μια κούνια που αργά-αργά σταματάει να κουνιέται μόνη της. Οι φυσικοί αποκαλούν τέτοιες κινήσεις «αποσβεσμένους αρμονικούς ταλαντωτές» και τις εξηγούν εύκολα με τους νόμους του Νεύτωνα.
Στον κόσμο όμως των ατόμων, τίποτα δεν είναι τόσο απλό. Εκεί ισχύουν οι περίεργοι κανόνες της κβαντικής φυσικής. Ο καθηγητής Dennis Clougherty και ο φοιτητής του Nam Dinh, από το Πανεπιστήμιο του Βερμόντ, αναρωτήθηκαν: «Υπάρχουν άραγε τέτοιου είδους ταλαντώσεις και στην κβαντική κλίμακα; Και αν ναι, μπορούμε να τις περιγράψουμε με μια σωστή θεωρία;».
Η απάντηση ήταν «ναι»—και μάλιστα έλυσαν ένα πρόβλημα που βασάνιζε τους επιστήμονες για σχεδόν έναν αιώνα. Η μελέτη τους, που δημοσιεύτηκε τον Ιούλιο του 2025, έδωσε την πρώτη ακριβή λύση σε αυτό που ονομάζεται «κβαντικός αποσβεσμένος αρμονικός ταλαντωτής». Με απλά λόγια: κατάφεραν να περιγράψουν πώς ένα άτομο μπορεί να ταλαντώνεται σαν χορδή κιθάρας, αλλά στον κβαντικό κόσμο.
Για δεκαετίες οι φυσικοί προσπαθούσαν να το κάνουν αυτό, αλλά σκάλωναν σε ένα βασικό εμπόδιο: την αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg. Η αρχή λέει ότι δεν μπορούμε ποτέ να γνωρίζουμε με τέλεια ακρίβεια και τη θέση και την ορμή ενός σωματιδίου ταυτόχρονα. Το να περιγράψεις λοιπόν μια «χορδή κιθάρας» σε ατομικό επίπεδο χωρίς να παραβιάσεις αυτόν τον κανόνα, ήταν σχεδόν αδύνατο.
Το αρχικό μοντέλο είχε φτιαχτεί το 1900 από τον Βρετανό φυσικό Horace Lamb, πολύ πριν την κβαντική φυσική. Ο Lamb είχε δείξει πώς ένα σωματίδιο που δονούταν μέσα σε ένα στερεό υλικό χάνει ενέργεια, επειδή οι ταλαντώσεις του δημιουργούν κύματα που με τη σειρά τους το «φρενάρουν».
Ο Clougherty και ο Dinh πήραν αυτό το παλιό μοντέλο και το προσαρμόσανε στην κβαντική πραγματικότητα. Η λύση που βρήκαν είναι περίπλοκη—χρειάστηκε ένας μαθηματικός χειρισμός που λέγεται «πολυτροπικός μετασχηματισμός Bogoliubov»—αλλά το αποτέλεσμα είναι απλό στην ουσία του: περιέγραψαν με ακρίβεια πώς ένα άτομο ταλαντώνεται και χάνει ενέργεια στο κβαντικό καθεστώς, χωρίς να καταρρέει η αρχή της αβεβαιότητας.
Και γιατί να μας νοιάζει; Γιατί αυτό ανοίγει τον δρόμο για νέες υπερ-ακριβείς μετρήσεις σε ατομικό επίπεδο. Το μοντέλο προβλέπει πώς η αβεβαιότητα στη θέση ενός ατόμου αλλάζει όταν αλληλεπιδρά με τα υπόλοιπα άτομα γύρω του. Αν αυτή η αβεβαιότητα μειωθεί, μπορούμε να μετράμε θέσεις με ακρίβεια κάτω από το «τυπικό κβαντικό όριο».
Κάτι τέτοιο μπορεί να οδηγήσει σε νέες τεχνολογίες μέτρησης—«κβαντικά μέτρα ακριβείας»—που θυμίζουν τα κόλπα που χρησιμοποίησαν οι επιστήμονες για να φτιάξουν τα πρώτα ανιχνευτικά όργανα βαρυτικών κυμάτων (και που τους χάρισαν το Νόμπελ το 2017).
Με λίγα λόγια: ένας 90χρονος γρίφος λύθηκε, και ίσως αυτό να είναι το πρώτο βήμα για ακόμα πιο ακριβείς μετρήσεις στον κόσμο του απειροελάχιστου.
Πηγή: Phys
