Space Einstein✨

بخش دوم: تنظیم محدودیت‌های رکوردی برای نیروی پنجم: در شبیه‌سازی‌های خود،پژوهشگران هیچ مدرکی دال بر از دست دادن انرژی اضافی نیافتند که نشان می‌دهد ستاره‌های نوترونی مورد بررسی آن‌ها به طور عادی سرد شده‌اند.این امر به آن‌ها اجازه داد تا محدودیت‌های جدیدی بر کوپلینگ‌های اسکالر-نوکلئون قرار دهند که می‌تواند جستجوهای آینده برای ذرات اسکالر و شواهد نیروی پنجم را راهنمایی کند. ویتاگلیانو گفت: ما به نتیجه شگفت‌انگیزی رسیدیم که اگر نیروی جدیدی بین ذرات در فاصله‌ای کمتر از ضخامت یک تار مو عمل کند،مشاهدات نجومی در واقع بهترین ابزار برای یافتن آن است.ما دریافتیم که هر نیروی پنجم موجود باید بسیار ضعیف‌تر از آنچه قبلاً تصور می‌شد باشد. محدودیت‌های سختگیرانه‌ای که توسط ویتاگیانو،لِلا و همکارانشان دامیانو فیوریلو و کیاران اوهیر تعیین شده است،می‌تواند به پالایش نظریه‌هایی که پیش‌بینی نقض‌های گرانش را می‌کنند کمک کند.در آینده،پژوهشگران امیدوارند با استفاده از داده‌های نجومی تازه جمع‌آوری شده،وجود نیروی پنجم و اسکالرهای واسطه آن را بیشتر بررسی کنند.لِلا افزود: فیزیک حاکم بر درون ستاره‌های نوترونی هنوز به طور کامل درک نشده است.احتمالاً هنوز به تمام فرصت‌هایی که مطالعه این اجرام فشرده می‌تواند ارائه دهد،پی نبرده‌ایم.مشاهدات نجومی آینده ممکن است شگفتی‌هایی در پی داشته باشد.اگر پدیده‌های ناشناخته‌ای در داده‌های ستاره‌های نوترونی کشف شود،می‌تواند راه‌های جدیدی به سوی درک عمیق‌ترین اسرار جهان ما باز کند. پایان منبع: https://phys.org/news/2025-12-probing-neutron-star-cooling.html #نیرو_های_بنیادی #ذرات_بنیادی #اختر_فیزیک @Einstein_astronomy

‍ یک جزیره هسته‌ای جدید که در آن اعداد جادویی از هم می‌پاشند: بخش اول: برای دهه‌ها،فیزیکدانان هسته‌ای بر این باور بودند که جزایر وارونگی -مناطقی که در آن قوانین معمول ساختار هسته ناگهان از بین می‌روند- عمدتاً در ایزوتوپ‌های غنی از نوترون یافت می‌شوند.در این جیب‌های غیرمعمول نمودار هسته‌ای،اعداد جادویی ناپدید می‌شوند،شکل‌های کروی فرو می‌ریزند و هسته‌ها به طور غیرمنتظره‌ای به اشیاء به شدت تغییر شکل یافته تبدیل می‌شوند.تا کنون،تمام این جزایر هسته‌های عجیب و غریب مانند بریلیم-۱۲(N=8)،منیزیم-۳۲(N=20) و کروم-۶۴(N=40)بوده‌اند که همه آن‌ها از هسته‌های پایدار یافت شده در طبیعت بسیار دور هستند.اما اکنون،مطالعه‌ای که اخیراً توسط همکاری بین‌المللی مرکز مطالعات هسته‌ای عجیب،مؤسسه علوم پایه (IBS)،دانشگاه پادووا،دانشگاه ایالتی میشیگان،دانشگاه استراسبورگ و سایر مؤسسات انجام شده است،چیزی را کشف کرده که هیچ‌کس قبلاً ندیده بود: یک جزیره وارونگی که در یکی از متقارن‌ترین مناطق،جایی که تعداد پروتون‌ها برابر با تعداد نوترون‌ها است،پنهان شده است. بررسی ایزوتوپ‌های مولیبدن: این همکاری بین‌المللی این پدیده را در دو ایزوتوپ مولیبدن بررسی کرد: مولیبدن-۸۴(Z=N=42)و مولیبدن-۸۶(Z=42,N=44).این هسته‌ها در امتداد خط N=Z قرار دارند؛منطقه‌ای مهم اما به طور شناخته شده دشوار برای مطالعه،زیرا چنین ایزوتوپ‌هایی سخت در آزمایشگاه تولید می‌شوند.با استفاده از پرتوهای ایزوتوپ نادر در دانشگاه ایالتی میشیگان و آشکارسازهای پرتو گاما بسیار حساس،پژوهشگران عمر حالت‌های برانگیخته آن‌ها را با دقت پیکوثانیه اندازه‌گیری کردند. برای ایجاد پرتوهای لازم،تیم هسته‌های Mo-86 را با بمباران هدف بریلیم با یون‌های شتاب‌داده شده Mo-92 تولید کرد.جداکننده A1900 قطعات مورد نظر را از میان بسیاری که در برخورد تولید شده بودند،انتخاب کرد.سپس پرتو Mo-86 به هدف دوم برخورد کرد،جایی که برخی هسته‌ها برانگیخته شدند یا با حذف دو نوترون به Mo-84 تبدیل شدند.هنگامی که این هسته‌ها به حالت پایه خود بازگشتند،پرتوهای گاما ساطع کردند که جزئیات ساختار داخلی آن‌ها را آشکار کرد. این پرتوهای گاما با استفاده از GRETINA -آرایه‌ای از آشکارسازهای ژرمانیوم با وضوح بالا که قادر به ردیابی تعاملات فردی پرتو گاما است- و TRIPLEX،دستگاهی که امکان تعیین عمرهای بسیار کوتاه(در حدود تریلیونیوم ثانیه)را فراهم می‌کند،اندازه‌گیری شدند.مقایسه با شبیه‌سازی‌های مونت‌کارلو GEANT4 به تیم امکان داد عمرهای اولین حالت‌های برانگیخته را استخراج کرده و درجه تغییر شکل هسته‌ای را استنباط کنند. تشریح تصویر زیر: طیف پرتو گاما از پرتو Mo-84(بالا)و Mo-86(پایین) که با استفاده از GRETINA و دستگاه TRIPEX plunger به‌دست آمده است.طیف‌های به‌دست آمده با استفاده از شبیه‌سازی GEANT4 به صورت خط قرمز نشان داده شده‌اند.S و F در شکل به ترتیب به پرتوهای گاما اشاره دارند که زمانی منتشر می‌شوند که پرتو یون نسبتاً کند(Slow) و سریع(Fast) پس از واکنش با هدف ثانویه باشد. #فیزیک_هسته‌ای @Einstein_astronomy

‍ بررسی وجود نیروی پنجم از طریق خنک شدن ستاره نوترونی: بخش اول: ستاره‌های نوترونی بقایای فوق‌العاده چگال ستارگان هستند که عمدتاً از نوکلئون‌ها(یعنی پروتون‌ها و نوترون‌ها)تشکیل شده‌اند.در طول میلیون‌ها سال،این ستارگان به تدریج خنک می‌شوند و گرما را به فضا تابش می‌کنند.فرآیند خنک شدن ستاره‌های نوترونی می‌تواند بستری امیدوارکننده برای آزمایش ذرات فرضی مختلف،از جمله ذرات اسکالر باشد. این ذرات،ذراتی هستند که اسپین ندارند و طبق برخی پیش‌بینی‌های نظری،می‌توانند با نوکلئون‌ها جفت شوند.ذرات اسکالر فرض می‌شود که دو قانون بنیادی گرانش،معروف به اصل برابری و قانون معکوس مجذور را نقض کنند.مشاهده آن‌ها می‌تواند درک فعلی از جهان و نیروهای فیزیکی زیربنایی آن را به طور قابل توجهی غنی‌تر کند. محققان در Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY،مؤسسه ملی فیزیک هسته‌ای ایتالیا،دانشگاه سیدنی و دانشگاه پادوا اخیراً مطالعه‌ای انجام دادند که هدف آن بررسی امکان تسریع فرآیندهای خنک شدن توسط ذرات اسکالر بود، با مقایسه پیش‌بینی‌های نظری با شبیه‌سازی‌های ستاره نوترونی.مقاله آن‌ها که در Physical Review Letters منتشر شده است،محدودیت‌های سختگیرانه‌ترین تا به امروز را بر قدرت تعاملات اسکالر-نوکلئون تعیین می‌کند و همچنین پتانسیل داده‌های ستاره نوترونی را برای بررسی وجود نیروی پنجم برجسته می‌سازد. ادواردو ویتاگلیانو،همکار نویسنده مقاله،به Phys.org گفت: تمام پدیده‌های مربوط به ذرات تشکیل‌دهنده ماده معمولی(یعنی پروتون‌ها، الکترون‌ها و نوترون‌ها)توسط چهار نیروی بنیادی تعیین می‌شوند: نیروهای گرانشی،الکترومغناطیسی،هسته‌ای قوی و هسته‌ای ضعیف.وجود نیروی پنجم اضافی می‌تواند نشانه‌ای از تغییر پارادایم در فیزیک باشد و بسیاری از آزمایش‌ها به دنبال چنین نیروی پنجم بوده‌اند.انحرافات از گرانش در سطح مزوسکوپی(بین دنیای ماکروسکوپی و میکروسکوپی)بسیار چالش‌برانگیز برای بررسی هستند. ستاره‌های نوترونی به عنوان وسیله‌ای برای جستجوی فیزیک جدید: وقتی ویتاگلیانو و همکارانش به ادبیات و نظریه‌های پیشین درباره نیروی پنجم نگاه کردند،متوجه شدند که ستاره‌های نوترونی می‌توانند آزمایشگاه‌های طبیعی امیدوارکننده‌ای برای بررسی وجود آن باشند.ستاره‌های نوترونی شناخته شده،مانند Magnificent Seven و پالسار PSR J0659،می‌توانند میزبان تعاملات بین ذرات اسکالر و نوکلئون‌ها باشند که ممکن است چنین نیرویی را ایجاد کنند.ویتاگلیانو گفت: دقیقاً مانند اینکه تعامل الکترومغناطیسی به واسطه تبادل فوتون‌ها است،نیروی جدید توسط یک ذره اسکالر جدید واسطه‌گری می‌شود.چنین ذره‌ای در بسیاری از گسترش‌های مدل استاندارد فیزیک ذرات پیش‌بینی شده است،ممکن است با وجود ابعاد اضافی مرتبط باشد و می‌تواند نقش ماده تاریک را در جهان ما ایفا کند. ذرات اسکالر به طور فراوان در پراکندگی بین نوترون‌ها یا پروتون‌ها تولید می‌شوند.قابل توجه است که این دو نوع ذره در هسته ستاره‌های نوترونی قرار دارند.ویتاگلیانو گفت: به لطف چگالی بسیار زیاد آن‌ها،تکامل ستاره‌های نوترونی به طور چشمگیری تحت تأثیر وجود نیروهای جدید قرار می‌گیرد.ستاره‌های نوترونی مانند یک وعده غذایی گرم هستند که با گذشت زمان خنک می‌شوند و ذرات جدید آن‌ها را سریع‌تر خنک می‌کنند. برای بررسی این امکان،محققان شبیه‌سازی‌های پیشرفته و پیچیده‌ای از ستاره‌های نوترونی انجام دادند.این شبیه‌سازی‌ها تکامل ستاره‌های نوترونی را از زمان تولد تا سن کنونی آن‌ها نشان دادند و چگونگی تولید ذرات اسکالر فرضی در داخل ستارگان را نمایش دادند. آلساندرو لِلا،همکار نویسنده مقاله،توضیح داد: شبیه‌سازی‌هایی که شامل انتشار ذرات اسکالر واسطه نیروی پنجم جدید هستند،منجر به ستاره‌های نوترونی می‌شوند که امروزه بسیار سردتر از آنچه تلسکوپ‌های ما مشاهده می‌کنند،خواهند بود.بنابراین،اگر نیروی پنجم وجود داشته باشد،باید به اندازه‌ای ضعیف باشد که تکامل مشاهده شده ستاره‌های نوترونی را تغییر ندهد. #نیرو_های_بنیادی #ذرات_بنیادی #اختر_فیزیک @Einstein_astronomy

سِرن(CERN)خوشبین است چون چین پروژه عظیم شتاب‌دهنده ذرات خود را متوقف کرده است: رئیس آزمایشگاه فیزیک سرن می‌گوید تصمیم چین برای توقف پروژه بزرگ شتاب‌دهنده ذرات خود،فرصتی برای اطمینان از پیشرفت طرح رقیب اروپایی فراهم می‌کند.فابیولا جیانوتی،مدیرکل سرن،در یک نشست خبری کوچک به خبرنگاران گفت: ده سال پیش،چین قصد خود را برای ساخت شتاب‌دهنده دایره‌ای الکترون-پوزیترون(CEPC)اعلام کرد که با طول ۱۰۰ کیلومتر(۶۲ مایل)بزرگ‌ترین شتاب‌دهنده ذرات جهان خواهد بود.اما پکن اخیراً این پروژه را متوقف کرده است. پروژه CEPC چین بسیار بزرگ‌تر از برخورددهنده بزرگ هادرون(LHC)سرن است؛که در حال حاضر بزرگ‌ترین شتاب‌دهنده ذرات جهان است و ذرات را با سرعت‌های فوق‌العاده به هم برخورد می‌دهد.حلقه ۲۷ کیلومتری که پروتون‌ها را به هم می‌کوبد و حدود ۱۰۰ متر(۳۳۰ فوت)زیر مرز فرانسه و سوئیس قرار دارد،از جمله برای اثبات وجود بوزون هیگز استفاده شده است.این ذره که به ذره خدا معروف است،کشف آن در سال ۲۰۱۲ درک علم را از چگونگی کسب جرم ذرات گسترش داد. سرن، سازمان اروپایی تحقیقات هسته‌ای که دفاتر اصلی آن نیز در نزدیکی ژنو در مرز قرار دارد،به دنبال کشف این است که جهان از چه ساخته شده و چگونه کار می‌کند.انتظار می‌رود LHC تا حدود سال ۲۰۴۰ به طور کامل فعالیت خود را پایان دهد و سرن در نظر دارد شتاب‌دهنده‌ای بسیار بزرگ‌تر بسازد تا دانشمندان بتوانند مرزهای دانش را بیشتر پیش ببرند. جستجو برای ماده تاریک: شتاب‌دهنده دایره‌ای آینده(FCC)برنامه‌ریزی شده،حلقه‌ای با محیط ۹۱ کیلومتر و عمق متوسط ۲۰۰ متر خواهد بود.دانشمندان معتقدند ماده معمولی -مانند ستارگان،گازها،گرد و غبار، سیارات و همه چیز روی آن‌ها- تنها ۵٪ از جهان را تشکیل می‌دهد.FCC تلاش خواهد کرد تا آنچه ۹۵٪ باقی‌مانده انرژی و ماده در جهان را تشکیل می‌دهد -به اصطلاح ماده تاریک و انرژی تاریک که دانشمندان هنوز به طور مستقیم مشاهده نکرده‌اند- آشکار کند.این پروژه عظیم که هزینه‌ای حدود ۱۷ میلیارد دلار دارد،هنوز از سوی ۲۵ کشور عضو سرن چراغ سبز نگرفته است. اما شورای سرن،نهاد تصمیم‌گیرنده آن،در ۷ نوامبر نظر بسیار مثبتی درباره مطالعه امکان‌سنجی که جنبه‌های زمین‌شناسی،سرزمینی، فناوری،علمی و مالی را شامل می‌شود،اعلام کرد.جیانوتی گفت: اگر همه چیز خوب پیش برود، پروژه می‌تواند در سال ۲۰۲۸ تصویب شود. پروژه FCC که ممکن است تا پایان دهه ۲۰۴۰ عملیاتی شود،توسط مخالفانش به ویژه اگر چین تحقیقات مشابهی در حلقه‌ای با اندازه مشابه و با هزینه کمتر انجام دهد،بیش از حد بزرگ تلقی می‌شود.اما توقف چین به سرن فرصت واضحی می‌دهد. پنجره فرصت: جیانوتی گفت: آکادمی علوم چین که پروژه‌ها را فیلتر می‌کند،تصمیم گرفته است چراغ سبز را به شتاب‌دهنده‌ای کوچکتر و با انرژی کمتر بدهد،نه CEPC بزرگ‌تر که رقیب مستقیم سرن است. در چین،وانگ یی‌فانگ،رئیس مؤسسه فیزیک انرژی بالا در آکادمی علوم چین،به خبرگزاری AFP تأیید کرد که CEPC در برنامه پنج ساله بعدی گنجانده نشده است. جیانوتی ادامه داد: ما قصد داریم CEPC را دوباره در سال ۲۰۳۰ برای بررسی ارائه کنیم،مگر اینکه FCC قبل از آن به طور رسمی تصویب شود،که در این صورت ما به دنبال پیوستن به FCC خواهیم بود و CEPC را رها می‌کنیم. برای جیانوتی،این یک فرصت است: اول اینکه اگر پروژه چینی تصویب شده بود،احتمالاً خیلی زودتر از FCC شروع می‌شد.او افزود،جیانوتی ایتالیایی که دوره پنج ساله‌اش تا پایان دسامبر به پایان می‌رسد: همچنین جالب است بدانیم که اگر FCC تصویب شود،چینی‌ها پروژه خود را رها کرده و با ما همکاری خواهند کرد. جیانوتی توسط فیزیکدان بریتانیایی مارک تامسون جایگزین خواهد شد. اما تصمیم چین استدلالی برای جمعیت Co-cernes فراهم کرده است،گروهی از مخالفان محلی FCC که نگران تأثیرات پروژه عظیم حفاری هستند.این گروه می‌گوید: اگر یک ابرشتاب‌دهنده واقعاً از نظر علمی مهم بود،چین بدون شک آن را رها نمی‌کرد. پایان منبع: https://phys.org/news/2025-12-cern-upbeat-china-halts-particle.html #CERN #LHC @Einstein_astronomy

‍ بخش سوم: زبان طبیعت: دنیای طبیعی پر است از انواع تقارن‌های پیوسته‌ای که گروه‌های لی آن‌ها را در بر می‌گیرند و این باعث می‌شود که این گروه‌ها در فیزیک ضروری باشند.به گرانش نگاه کنید.نیروی گرانشی خورشید بر زمین تنها به فاصله بین آن‌ها بستگی دارد؛مثلاً مهم نیست زمین در کدام سمت خورشید قرار دارد.به زبان گروه‌های لی،گرانش تحت SO(3) متقارن است.یعنی وقتی سیستمی که گرانش بر آن اثر می‌گذارد در فضای سه‌بعدی می‌چرخد،تغییر نمی‌کند. در واقع،تمام نیروهای بنیادی در فیزیک -گرانش،الکترومغناطیس و نیروهایی که هسته‌های اتمی را کنار هم نگه می‌دارند- توسط تقارن‌های گروه لی تعریف می‌شوند.با استفاده از این تعریف،دانشمندان می‌توانند معماهای پایه‌ای درباره ماده را توضیح دهند،مانند اینکه چرا پروتون‌ها همیشه با نوترون‌ها جفت می‌شوند و چرا انرژی یک اتم به صورت مقادیر گسسته است. در سال ۱۹۱۸،امی نوتر ریاضیدانان و فیزیکدانان را با اثبات اینکه گروه‌های لی همچنین زیربنای برخی از قوانین اساسی پایستگی در فیزیک هستند،شگفت‌زده کرد.او نشان داد که برای هر تقارنی در یک سیستم فیزیکی که با یک گروه لی توصیف می‌شود،یک قانون پایستگی متناظر وجود دارد.برای مثال،این واقعیت که قوانین فیزیک امروز همانند دیروز و فردا هستند -تقارنی که به نام تقارن انتقال زمانی شناخته می‌شود و توسط گروه لی اعداد حقیقی نمایش داده می‌شود- به این معناست که انرژی جهان باید حفظ شود و بالعکس.الکسیف گفت: فکر می‌کنم حتی الان هم این نتیجه بسیار شگفت‌انگیز است. امروزه،گروه‌های لی همچنان ابزاری حیاتی برای ریاضیدانان و فیزیکدانان هستند.وگان گفت: تعاریف در ریاضیات باقی می‌مانند چون قدرتمندند.چون مثال‌های جالب زیادی وجود دارد و راه خوبی برای فکر کردن به چیزی به شما می‌دهند.تقارن همه جا هست و این همان چیزی است که این موضوع برای آن است. پایان منبع: https://www.quantamagazine.org/what-are-lie-groups-20251203/ #ریاضیات @Einstein_astronomy

‍ بخش چهارم: سرزمین ناشناخته: این شبکه جدید از معادل‌ها همچنین به روشن شدن محدودیت‌های PV1 کمک کرده است.پژوهشگران قبلاً دلیلی داشتند که باور کنند اصل لانه کبوتری نمی‌تواند تنها از اصول PV1 اثبات شود،بنابراین نتایج لی،چن و اولیویرا نشان می‌دهد که قضایای معادل دیگر آن‌ها نیز احتمالاً در PV1 اثبات‌ناپذیر هستند. یان پیچ،نظریه‌پرداز پیچیدگی در دانشگاه آکسفورد،گفت: فکر می‌کنم این زیباست. که در سال ۲۰۱۴ نتیجه بزرگی درباره قدرت PV1 اثبات کرد.اما او هشدار داد که رویکرد ریاضیات معکوس ممکن است بیشترین کاربرد را در آشکار کردن ارتباطات جدید بین قضایایی که پژوهشگران قبلاً اثبات کرده‌اند داشته باشد: تا جایی که می‌توانیم بگوییم،این روش چیز زیادی درباره پیچیدگی گزاره‌هایی که نمی‌دانیم چگونه اثبات کنیم به ما نمی‌گوید. درک این سرزمین ناشناخته هدفی دور برای پژوهشگران فراریاضیات است.اما این موضوع اشتیاق لی به این حوزه را کاهش نداده است.او در سال ۲۰۲۳ وارد دوره تحصیلات تکمیلی در مؤسسه فناوری ماساچوست شد و اخیراً راهنمای ۱۴۰ صفحه‌ای برای فراریاضیات برای نظریه‌پردازان پیچیدگی نوشته است.این نمونه‌ای از روند گسترده‌تری است: پس از دهه‌ها نسبتاً ناشناخته بودن،فراریاضیات به طور فزاینده‌ای توجه جامعه وسیع‌تری از پژوهشگران را که دیدگاه‌های جدیدی به این حوزه می‌آورند،جلب می‌کند. کارموسینو گفت: مردم از گیر کردن خسته شده‌اند.زمان آن است که یک قدم به عقب برداریم و بنیاد را بررسی کنیم. پایان منبع: https://www.quantamagazine.org/reverse-mathematics-illuminates-why-hard-problems-are-hard-20251201/ #ریاضیات @Einstein_astronomy

‍ بخش دوم: انحراف در مسیر: ماریوس سوفوس لی برای ورود به دنیای ریاضیات زمان برد.او که در دهه ۱۸۵۰ در نروژ بزرگ شده بود،امیدوار بود پس از پایان دبیرستان به حرفه نظامی بپردازد.اما به دلیل ضعف بینایی مجبور شد از رویای خود دست بکشد و به دانشگاه رفت،بدون اینکه بداند چه رشته‌ای را باید انتخاب کند.او دروس نجوم و مکانیک را گذراند و به طور کوتاه به فیزیک،گیاه‌شناسی و جانورشناسی علاقه‌مند شد تا اینکه نهایتاً به ریاضیات،به ویژه هندسه،جذب شد. در اواخر دهه ۱۸۶۰،تحصیلات خود را ابتدا در آلمان و سپس در فرانسه ادامه داد.او در سال ۱۸۷۰ در پاریس بود که جنگ فرانسه و پروس آغاز شد.او به زودی تلاش کرد کشور را ترک کند،اما یادداشت‌هایش درباره هندسه که به زبان آلمانی نوشته شده بود،به اشتباه به عنوان پیام‌های رمزگذاری شده تلقی شد و دستگیر شد و به جاسوسی متهم گردید.او یک ماه بعد از زندان آزاد شد و سریعاً به ریاضیات بازگشت.به طور خاص،او شروع به کار با گروه‌ها کرد.چهل سال پیش از آن،ریاضیدان اوازیست گالوا از یک دسته گروه‌ها برای درک راه‌حل‌های معادلات چندجمله‌ای استفاده کرده بود.لی اکنون می‌خواست همین کار را برای معادلات دیفرانسیل انجام دهد،معادلاتی که برای مدل‌سازی تغییرات یک سیستم فیزیکی در طول زمان به کار می‌روند. دیدگاه او درباره معادلات دیفرانسیل آنطور که انتظار داشت پیش نرفت.اما به زودی متوجه شد که گروه‌هایی که مطالعه می‌کرد،به خودی خود جالب هستند.و بدین ترتیب گروه لی متولد شد.ماهیت چندوجهی گروه‌های لی برای ریاضیدانان بسیار مفید بوده است.وقتی آن‌ها می‌خواهند یک گروه لی را درک کنند،می‌توانند از تمام ابزارهای هندسه و حساب دیفرانسیل و انتگرال استفاده کنند؛چیزی که لزوماً برای سایر انواع گروه‌ها صادق نیست.زیرا هر چندوجهی خاصیت خوبی دارد: اگر روی یک ناحیه کوچک به اندازه کافی زوم کنید،انحناهای آن ناپدید می‌شوند،درست همانطور که زمین کروی برای ما که روی سطح آن راه می‌رویم،صاف به نظر می‌رسد. برای درک اینکه چرا این برای مطالعه گروه‌ها مفید است،بیایید به SO(2) بازگردیم.به یاد داشته باشید که SO(2) شامل تمام چرخش‌های یک فریزبی است و این چرخش‌ها می‌توانند به صورت نقاطی روی یک دایره نمایش داده شوند.فعلاً بیایید روی بخشی کوچک از دایره تمرکز کنیم که مربوط به چرخش‌های بسیار کوچک است،مثلاً چرخش‌های کمتر از ۱ درجه. در اینجا،انحنای SO(2) به سختی قابل تشخیص است.وقتی یک فریزبی ۱ درجه یا کمتر می‌چرخد،هر نقطه‌ای روی لبه آن مسیر تقریباً خطی را دنبال می‌کند.این بدان معناست که ریاضیدانان می‌توانند این چرخش‌ها را با یک خط مستقیم که فقط در یک نقطه با دایره تماس دارد -خط مماس- تقریب بزنند.این خط مماس را جبر لی می‌نامند. این ویژگی بسیار مفید است.ریاضیات روی یک خط مستقیم بسیار آسان‌تر از روی یک منحنی است و جبر لی شامل عناصری است(که اغلب به صورت پیکان‌هایی به نام بردارها تجسم می‌یابند)که ریاضیدانان می‌توانند برای ساده‌سازی محاسبات خود درباره گروه اصلی از آن‌ها استفاده کنند.دیوید وگان از مؤسسه فناوری ماساچوست گفت: یکی از آسان‌ترین شاخه‌های ریاضیات در جهان،جبر خطی است و نظریه گروه‌های لی به گونه‌ای طراحی شده که به طور مداوم از جبر خطی استفاده می‌کند. فرض کنید می‌خواهید دو گروه مختلف را مقایسه کنید.جبرهای لی مربوط به آن‌ها ویژگی‌های کلیدی‌شان را ساده می‌کند،وگان گفت که این کار را بسیار ساده‌تر می‌کند. الساندرا ایوزی،ریاضیدان مؤسسه فدرال فناوری زوریخ درباره گروه‌های لی و جبرهایشان گفت: تعامل بین این دو ساختار.چیزی است که پیامدهای بسیار گسترده‌ای دارد. #ریاضیات @Einstein_astronomy

‍ بخش سوم: برابری شگفت‌انگیز: چن ایده‌اش را با جیاتو لی که در آن زمان دانشجوی کارشناسی دانشگاه تسینگ‌هوا بود و اخیراً با چن روی مقاله‌ای دیگر همکاری کرده بود،مطرح کرد.برای اینکه این ارتباط دقیق باشد،باید مجموعه‌ای از اصول را برای کار انتخاب می‌کردند.پژوهشگران فراریاضیات ترجیح می‌دهند از اصولی استفاده کنند که محدودتر از اصول معمولی باشند.این اصول ضعیف‌تر باعث می‌شوند تا روابط دقیق بین قضایای مختلف راحت‌تر مشخص شود.چن و لی تصمیم گرفتند با مجموعه‌ای محبوب از اصول به نام PV1 کار کنند.PV1 به اندازه کافی قوی است که بتواند برخی قضایای مهم درباره پیچیدگی محاسباتی را به تنهایی اثبات کند.اگر نسخه خاصی از اصل جعبه‌پوش را به عنوان اصل اضافی اضافه کنید،می‌توانید حد پایین مسئله برابری را نیز اثبات کنید.در دسامبر ۲۰۲۲،لی و چن رسماً نشان دادند که همان‌طور که چن حدس زده بود،اثبات همچنین با جابجایی دو قضیه نیز کار می‌کند. این واقعیت که می‌توانید حد پایین مسئله برابری را از اصل جعبه‌پوش یا بالعکس اثبات کنید،نشان می‌دهد که در چارچوب منطقی PV1،این دو قضیه دقیقاً معادل هستند.وقتی لی و چن نتیجه را با ایگور اولیویرا،نظریه‌پرداز پیچیدگی در دانشگاه وارویک،مطرح کردند،این سه نفر متوجه شدند که روش ریاضیات معکوس آن‌ها ممکن است برای قضایای دیگر در حوزه‌های دورافتاده‌تر نظریه پیچیدگی نیز کار کند. در ماه‌های بعد،آن‌ها به طور سیستماتیک معادل‌هایی برای بسیاری از قضایای دیگر اثبات کردند.چن گفت: در ابتدا،فقط دو چیز معادل داشتیم.اما حالا یک شبکه بزرگ از موارد داریم. جالب‌ترین ارتباط تیم مربوط به همان نسخه از اصل جعبه‌پوش بود که به یکی از اولین قضایایی که دانشجویان در دوره‌های مقدماتی نظریه پیچیدگی با آن مواجه می‌شوند،مرتبط بود.این قضیه کلاسیک و مهم،همان‌طور که کارموسینو توصیف کرد،حد پایین زمانی را تعیین می‌کند که یک نوع خاص از کامپیوتر نظری به نام ماشین تورینگ تک‌نوار برای تعیین اینکه آیا رشته‌ای از صفر و یک پالین‌دورم است(یعنی از جلو و عقب یکسان خوانده می‌شود)نیاز دارد.لی،چن و اولیویرا با استفاده از ریاضیات معکوس اثبات کردند که در چارچوب PV1،این قضیه حد پایین پالین‌دورم معادل اصل جعبه‌پوش است.چن گفت: اگر این را به من می‌گفتی،باور نمی‌کردم.خیلی مضحک به نظر می‌رسد. معادلی بین حد پایین پالین‌دورم و اصل جعبه‌پوش شگفت‌انگیز است چون این دو قضیه از نظر ظاهری بسیار متفاوت هستند.اصل جعبه‌پوش ذاتاً ربطی به محاسبه ندارد: این یک بیان ساده درباره شمارش است.از سوی دیگر،حد پایین پالین‌دورم بیانی درباره یک مدل خاص محاسبه است.نتیجه جدید نشان می‌دهد که چنین قضایای ظاهراً محدود،عمومی‌تر از آن چیزی هستند که به نظر می‌رسد.اولیویرا گفت: این نشان می‌دهد که این حدهای پایین پیچیدگی که می‌خواهیم بفهمیم،بسیار بنیادی‌تر هستند. #ریاضیات @Einstein_astronomy

‍ گروه‌های لی چیستند؟: با ترکیب زبان گروه‌ها با هندسه و جبر خطی،ماریوس سوفوس لی یکی از قدرتمندترین ابزارهای ریاضی را خلق کرد. بخش اول: در ریاضیات،اشیاء فراگیر به نام گروه‌ها قدرت‌های تقریباً جادویی دارند.اگرچه آن‌ها تنها با چند قاعده تعریف می‌شوند،گروه‌ها به روشن کردن دامنه شگفت‌انگیزی از اسرار کمک می‌کنند.برای مثال،آن‌ها می‌توانند به شما بگویند کدام معادلات چندجمله‌ای قابل حل هستند یا اتم‌ها چگونه در یک بلور چیده شده‌اند.با این حال،در میان انواع مختلف گروه‌ها،یک نوع برجسته است.گروه‌های لی(که به صورت لی تلفظ می‌شوند)که در اوایل دهه ۱۸۷۰ شناسایی شدند،برای برخی از بنیادی‌ترین نظریه‌ها در فیزیک حیاتی هستند و سهم ماندگاری در نظریه اعداد و شیمی داشته‌اند.کلید موفقیت آن‌ها نحوه ترکیب نظریه گروه‌ها،هندسه و جبر خطی است. به طور کلی،یک گروه مجموعه‌ای از عناصر است که با یک عمل(مانند جمع یا ضرب)جفت شده است که دو عنصر را ترکیب می‌کند تا عنصر سومی تولید شود.اغلب،می‌توانید یک گروه را به عنوان تقارن‌های یک شکل در نظر بگیرید؛تبدیل‌هایی که شکل را بدون تغییر باقی می‌گذارند.تقارن‌های مثلث متساوی‌الاضلاع را در نظر بگیرید.آن‌ها یک گروه شش عضوی تشکیل می‌دهند،همانطور که در تصویر زیر نشان داده شده است.(از آنجا که چرخش کامل هر نقطه روی مثلث را به جای اولیه‌اش بازمی‌گرداند،ریاضیدانان پس از ۳۶۰ درجه شمارش چرخش‌ها را متوقف می‌کنند.) این تقارن‌ها گسسته هستند: آن‌ها مجموعه‌ای از تبدیل‌های متمایز را تشکیل می‌دهند که باید در مراحل جداگانه و غیرمتصل اعمال شوند.اما شما همچنین می‌توانید تقارن‌های پیوسته را مطالعه کنید.برای مثال،مهم نیست که یک فریزبی را ۱.۵ درجه بچرخانید یا ۱۵ درجه یا ۱۵۰ درجه؛می‌توانید آن را به هر عدد حقیقی بچرخانید و ظاهر آن یکسان خواهد بود.برخلاف مثلث،این فریزبی تقارن‌های بی‌نهایت دارد. این چرخش‌ها گروهی به نام SO(2) را تشکیل می‌دهند.آنتون الکسیف،ریاضیدانی در دانشگاه ژنو،گفت: اگر فقط یک انعکاس داشته باشید،خوب است،آن را دارید و این خوب است.اما این فقط یک عمل است.این گروه،از سوی دیگر،بسیاری،بسیاری عملیات در یک بسته است؛شمارش‌ناپذیر. هر چرخش فریزبی می‌تواند به عنوان یک نقطه در صفحه مختصات نمایش داده شود.اگر همه چرخش‌های ممکن فریزبی را به این صورت رسم کنید،در نهایت با بی‌نهایت نقاط مواجه می‌شوید که با هم یک دایره را تشکیل می‌دهند.این ویژگی اضافی است که SO(2) را یک گروه لی می‌کند؛می‌توان آن را به عنوان یک شکل نرم و پیوسته به نام چندریخت تجسم کرد.گروه‌های لی دیگر ممکن است شبیه سطح یک دونات،یا یک کره،یا چیزی حتی عجیب‌تر باشند: گروه همه چرخش‌های یک توپ در فضا،که به عنوان SO(3) شناخته می‌شود،یک شکل سه‌بعدی پیچیده است که در فضای نه‌بعدی زندگی می‌کند. هر چه جزئیات باشد،هندسه نرم گروه‌های لی راز اصلی است که جایگاه آن‌ها را در میان گروه‌ها ارتقا می‌دهد. #ریاضیات @Einstein_astronomy

‍ بخش دوم: اثبات‌های کبوتر: داستان مقاله ریاضیات معکوس در تابستان سال ۲۰۲۲ آغاز شد،زمانی که لیجی چن، نظریه‌پرداز پیچیدگی که اکنون در دانشگاه کالیفرنیا،برکلی است،در حال پایان دادن به دکترای خود بود.او زمان زیادی در اختیار داشت و تصمیم گرفت چند ماه را به مطالعه ریاضیات اختصاص دهد.چن گفت: چون داشتم فارغ‌التحصیل می‌شدم،تحقیق زیادی برای انجام نداشتم.فکر کردم باید چیزی جدید یاد بگیرم. در حین مطالعه،چن به شاخه‌ای از نظریه پیچیدگی به نام پیچیدگی ارتباطی فکر کرد که اطلاعاتی را که دو یا چند نفر باید برای انجام برخی کارها مبادله کنند،بررسی می‌کند.یکی از ساده‌ترین مسائل در پیچیدگی ارتباطی،مسئله برابری است که مانند یک بازی همکاری است.دو بازیکن با رشته‌های جداگانه‌ای از صفر و یک(یا بیت‌ها)شروع می‌کنند.هدف آن‌ها این است که با کمترین میزان ارتباط ممکن تعیین کنند آیا رشته‌هایشان یکسان است یا خیر.ساده‌ترین استراتژی این است که یکی از بازیکنان رشته کامل خود را برای دیگری ارسال کند تا بررسی کند.آیا راه بهتری وجود دارد؟ نظریه‌پردازان پیچیدگی دهه‌ها پیش ثابت کردند که پاسخ منفی است.برای حل مسئله برابری،بازیکنان باید حداقل تعداد بیت‌هایی برابر با طول رشته کامل را ارسال کنند.نظریه‌پردازان می‌گویند که این طول رشته یک کران پایین برای میزان ارتباط لازم است. چن تمرکز خود را روی کران پایین مسئله برابری نداشت؛بلکه به نحوه اثبات آن توسط پژوهشگران علاقه‌مند بود.تمام اثبات‌های شناخته شده به یک قضیه ساده به نام اصل لانه کبوتری وابسته‌اند،که می‌گوید اگر تعدادی کبوتر را در تعداد کمتری سوراخ قرار دهید،حداقل یک سوراخ باید بیش از یک پرنده داشته باشد.این ممکن است بدیهی به نظر برسد،اما می‌تواند ابزاری بسیار قدرتمند در نظریه پیچیدگی و فراتر از آن باشد. چن به نشانه‌ای جذاب برخورد که ارتباط بین مسئله برابری و اصل لانه کبوتری ممکن است در جهت معکوس نیز برقرار باشد.استفاده از اصل لانه کبوتری برای اثبات کران پایین مسئله برابری آسان است.آیا می‌توان به جای آن از کران پایین برای اثبات اصل لانه کبوتری استفاده کرد؟ #ریاضیات @Einstein_astronomy

‍ بخش چهارم: یک اجماع که روی یخ نگه داشته شده است: مک‌داول به نتایج آتیلا و همکارانش اعتماد دارد،اگرچه او معتقد است که آمورفی شدن تنها در سرعت‌های بالای لغزش رخ می‌دهد(نویسندگان مخالفند،اما شبیه‌سازی سرعت‌های پایین لغزش نیازمند قدرت محاسباتی بسیار زیادی است). بن نیز از توضیح جدید حمایت می‌کند،که می‌گوید با مطالعات تجربی اشیایی که روی یخ لغزیده‌اند و توسط گروه او در سال ۲۰۲۱ انجام شده است،هم‌راستا است.آن آزمایش‌ها و شبیه‌سازی‌های جدید هر دو نشان می‌دهند که یخ لغزنده است به دلیل تغییرات ساختاری در سطح آن،اگرچه پژوهشگران آنچه اتفاق می‌افتد را با اصطلاحات متفاوتی توصیف می‌کنند.آتیلا معتقد است که این تغییرات توسط جابجایی مکانیکی مولکول‌های آب ایجاد می‌شود،در حالی که بن بر این تمرکز دارد که مولکول‌های سطح چقدر از ابتدا متحرک هستند.او سطح را با یک کف پر از توپ‌های کوچک مقایسه می‌کند: چون آن‌ها بسیار متحرک هستند،اگر در چنین اتاقی باشید،نگه داشتن تعادل غیرممکن است.درست همانطور که روی یخ نگه داشتن تعادل بسیار دشوار است. تفاوت بین توصیفات آن‌ها یک مسئله معنایی است،به گفته بن،اما هم‌نویسنده آتیلا،سرگئی سوخوملینوف،مخالف است: من معتقدم این‌ها مکانیزم‌های متفاوتی هستند،حتی اگر شبیه به هم به نظر برسند. ما قطعاً به حل سوال به ظاهر ساده و چندصدساله‌ی اینکه چرا یخ لغزنده است نزدیک‌تر می‌شویم.در این مرحله،نبود یک واژگان مشترک میان پژوهشگران ممکن است یکی از بزرگ‌ترین موانع برای حل این مسئله باشد.اثرات مشابه ممکن است نام‌های متفاوتی داشته باشند که فرضیه‌های متفاوتی را پیشنهاد می‌کنند.بن همچنین مقصر می‌داند که پژوهشگران یخ نظرات متفاوت و متناقضی دارند،اما واقعاً به یکدیگر نمی‌گویند که با هم اختلاف نظر دارند. تشریح ویدیوی زیر: در شبیه‌سازی دیگری توسط تیم آلمانی، سطحی خشن‌تر و واقعی‌تر روی یخ سر می‌خورد و مولکول‌های سطح را جابه‌جا می‌کند. پایان منبع: https://www.quantamagazine.org/why-is-ice-slippery-a-new-hypothesis-slides-into-the-chat-20251208/ #ترمودینامیک @Einstein_astronomy

‍ ریورس ریاضیات روشن می‌کند چرا مسائل سخت،سخت هستند: پژوهشگران با استفاده از تکنیک‌های فراریا‌ضی نشان داده‌اند که برخی قضایا که ظاهراً متفاوت به نظر می‌رسند،در واقع از نظر منطقی معادل هستند. بخش اول: وقتی صحبت از مسائل سخت می‌شود،دانشمندان کامپیوتر به نظر می‌رسد در بن‌بست قرار دارند.به عنوان مثال، مسئله معروف یافتن کوتاه‌ترین مسیر رفت و برگشت که از هر شهر روی نقشه دقیقاً یک بار عبور کند را در نظر بگیرید.تمام روش‌های شناخته شده برای حل این مسئله فروشنده دوره‌گرد روی نقشه‌هایی با تعداد زیادی شهر بسیار کند هستند و پژوهشگران گمان می‌کنند راهی برای بهتر کردن آن وجود ندارد.اما هیچ‌کس نمی‌داند چگونه این موضوع را اثبات کند. بیش از ۵۰ سال است که پژوهشگران در زمینه نظریه پیچیدگی محاسباتی تلاش کرده‌اند تا بیان‌های شهودی مانند مسئله فروشنده دوره‌گرد سخت است را به قضایای ریاضی محکم تبدیل کنند،اما موفقیت چندانی نداشته‌اند.به طور فزاینده‌ای،آن‌ها به دنبال پاسخ‌های دقیق به سوالی مرتبط و مبهم‌تر هستند: چرا اثبات‌هایشان موفق نبوده است؟ این کار که فرایند اثبات ریاضی را به عنوان یک موضوع تحلیل ریاضیاتی در نظر می‌گیرد،بخشی از حوزه‌ای به نام فراریا‌ضیات است که به طور مشهور ترسناک است.فراریا‌ضی‌دانان اغلب فرضیات پایه‌ای یا آکسیوم‌هایی را که نقطه شروع همه اثبات‌ها هستند،بررسی می‌کنند.آن‌ها آکسیوم‌های شروع را تغییر می‌دهند و سپس بررسی می‌کنند که این تغییرات چگونه بر قضایایی که می‌توانند اثبات کنند تأثیر می‌گذارد.وقتی پژوهشگران از فراریا‌ضیات برای مطالعه نظریه پیچیدگی استفاده می‌کنند،سعی دارند نقشه‌ای از آنچه مجموعه‌های مختلف آکسیوم می‌توانند درباره سختی محاسباتی اثبات کنند یا نتوانند اثبات کنند،ترسیم کنند.آن‌ها امیدوارند این کار به آن‌ها کمک کند تا بفهمند چرا در تلاش‌هایشان برای اثبات سخت بودن مسائل ناکام مانده‌اند. در مقاله‌ای که سال گذشته منتشر شد،سه پژوهشگر رویکرد جدیدی به این چالش داشتند.آن‌ها فرمولی را که ریاضیدانان هزاران سال است استفاده می‌کنند وارونه کردند: به جای شروع با مجموعه استانداردی از آکسیوم‌ها و اثبات یک قضیه،یک قضیه را جایگزین یکی از آکسیوم‌ها کردند و سپس آن آکسیوم را اثبات کردند.آن‌ها از این رویکرد که ریورس ریاضیات نامیده می‌شود استفاده کردند تا اثبات کنند بسیاری از قضایای متمایز در نظریه پیچیدگی در واقع کاملاً معادل هستند. مارکو کارموسینو،نظریه‌پرداز پیچیدگی در شرکت IBM،گفت: من شگفت‌زده شدم که آن‌ها توانستند این همه کار انجام دهند.مردم به این نگاه خواهند کرد و خواهند گفت،این چیزی است که مرا به فراریا‌ضیات علاقه‌مند کرد. تشریح تصویر زیر: در ریاضیات معکوس،پژوهشگران اصول بنیادین سیستم‌های ریاضی را با قضایایی که می‌خواهند اثبات کنند جایگزین می‌کنند. #ریاضیات @Einstein_astronomy

‍ بخش سوم: فرضیه ۴: آمورف‌سازی: یا شاید ذوب شدن سطح یخ علت اصلی لغزندگی آن نباشد. اخیراً،تیمی از پژوهشگران دانشگاه زارلند در آلمان استدلال‌هایی علیه هر سه نظریه رایج ارائه کردند.اول،برای اینکه فشار به اندازه کافی بالا باشد تا سطح یخ ذوب شود،ناحیه تماس بین(مثلاً)اسکی و یخ باید به طور غیرمنطقی کوچک باشد،آن‌ها نوشتند.دوم،برای اسکی که با سرعت واقعی حرکت می‌کند،آزمایش‌ها نشان می‌دهند که مقدار گرمای تولید شده توسط اصطکاک برای ذوب شدن کافی نیست.سوم،آن‌ها دریافتند که در دماهای بسیار پایین،یخ هنوز لغزنده است حتی اگر لایه‌ای از پیش ذوب شده وجود نداشته باشد.(مولکول‌های سطح هنوز هم کمبود همسایه دارند،اما در دماهای پایین انرژی کافی برای غلبه بر پیوندهای قوی با مولکول‌های جامد یخ را ندارند.) اشرف آتیلا،دانشمند مواد در تیم، گفت: پس یا لغزندگی یخ از ترکیبی از همه یا چند مورد آن‌ها ناشی می‌شود،یا چیز دیگری وجود دارد که هنوز نمی‌دانیم. دانشمندان به دنبال توضیحات جایگزین در پژوهش‌های مربوط به مواد دیگر، مانند الماس،گشتند.صیقل‌دهندگان جواهرات مدت‌هاست که از تجربه می‌دانند برخی از سطوح الماس راحت‌تر یا نرم‌تر از بقیه صیقل داده می‌شوند.در سال ۲۰۱۱،گروه تحقیقاتی دیگری در آلمان مقاله‌ای منتشر کرد که این پدیده را توضیح می‌داد.آن‌ها شبیه‌سازی‌های کامپیوتری از دو الماس که روی هم می‌لغزند،ایجاد کردند.اتم‌های سطح به صورت مکانیکی از پیوندهای خود کشیده شدند که به آن‌ها اجازه می‌داد حرکت کنند،پیوندهای جدید تشکیل دهند و غیره.این لغزش لایه‌ای بدون ساختار و آمورف ایجاد کرد.برخلاف طبیعت بلوری الماس،این لایه بی‌نظم است و بیشتر مانند مایع رفتار می‌کند تا جامد.این اثر آمورف‌سازی به جهت‌گیری مولکول‌ها در سطح بستگی دارد،بنابراین برخی سطوح کریستال نرم‌تر از بقیه هستند. آتیلا و همکارانش استدلال می‌کنند که مکانیزم مشابهی در یخ رخ می‌دهد.آن‌ها شبیه‌سازی‌هایی از سطوح یخ که روی هم می‌لغزند انجام دادند و دمای سیستم شبیه‌سازی شده را به اندازه کافی پایین نگه داشتند تا از نبود ذوب اطمینان حاصل شود.(بنابراین هر لغزندگی باید توضیح متفاوتی داشته باشد.)در ابتدا،سطوح مانند آهن‌ربا یکدیگر را جذب می‌کردند.این به این دلیل بود که مولکول‌های آب دو قطبی هستند و توزیع نامتقارن بار مثبت و منفی دارند.انتهای مثبت یک مولکول انتهای منفی مولکول دیگر را جذب می‌کند.این جذب در یخ جوش‌های کوچکی بین سطوح لغزنده ایجاد کرد.وقتی سطوح روی هم می‌لغزیدند،جوش‌ها می‌شکستند و جوش‌های جدیدی تشکیل می‌شد،که به تدریج ساختار یخ را تغییر می‌داد. دانشمندان شبیه‌سازی‌ها را تکرار کردند و یکی از سطوح یخ را با مواد دیگری که یا جذب یا دفع آب می‌شوند جایگزین کردند.باز هم،مولکول‌های سطح یخ با لغزش جابه‌جا شدند،اما بیشتر وقتی ماده دیگر یخ را جذب می‌کرد.شبیه‌سازی‌ها نشان دادند که لغزش به صورت مکانیکی شبکه بلوری منظم یخ را تخریب می‌کند و لایه‌ای آمورف ایجاد می‌کند که با ادامه لغزش ضخیم‌تر می‌شود.تیم می‌گوید این پدیده،نه ذوب،لغزندگی یخ را توضیح می‌دهد،به ویژه در دماهای پایین. تشریح ویدیوی زیر: دانشمندان مواد در دانشگاه سارلند آلمان در شبیه‌سازی‌های کامپیوتری نشان دادند که هنگامی که دو بلوک یخ روی هم سر می‌خورند،یک لایه بی‌شکل در وسط به تدریج ضخیم‌تر می‌شود. #ترمودینامیک @Einstein_astronomy

بخش چهارم: رشته‌هایی برای کشف: چیزی که برخی فیزیکدانان را در مورد همپوشانی جدید بین فیزیک ذرات و نظریه اطلاعات کوانتومی هیجان‌زده می‌کند،فرصت استفاده از LHC برای بررسی سوالات ظریف درباره درهم‌تنیدگی است.ووس پرسید: برای مثال،بعد از فروپاشی کوارک تاپ،چه اتفاقی برای سیستم درهم‌تنیده شما می‌افتد؟آیا فرزندان کوارک تاپ هنوز با آنتی‌کوارک تاپ درهم‌تنیده خواهند بود؟نظریه میدان کوانتومی می‌گوید باید این‌طور باشد،اما هیچ‌کس تاکنون آن را آزمایش نکرده است. این آزمایش‌ها ممکن است بینش‌های جدیدی درباره گذار کوانتومی به کلاسیک ارائه دهند،اینکه چگونه یک جسم کوانتومی از حالت نامطمئن به یک حالت قطعی واحد می‌رود.این اتفاق به طور مشهور زمانی رخ می‌دهد که یک جسم کوانتومی اندازه‌گیری می‌شود،اما در این مورد،این معما زمانی ظاهر می‌شود که کوارک تاپ به ذرات سبک‌تر فروپاشی می‌کند.در ابتدا،کوارک در حالت نامطمئن هر دو جهت اسپین ممکن به طور همزمان است.وقتی فروپاشی می‌کند،کوارک به نظر می‌رسد یک جهت اسپین را انتخاب می‌کند و ذراتی که تولید می‌کند بر اساس آن انتخاب اسپین در جهت‌های خاصی حرکت می‌کنند.انگار کوارک تاپ مجبور است در طول فروپاشی خود،اسپین خودش را اندازه‌گیری کند.بار گفت: از نظر ریاضی،این فرآیند معادل انجام یک اندازه‌گیری است.این به فیزیکدانان زاویه‌ای تازه برای گذار کوانتومی به کلاسیک می‌دهد. دمینا امیدوار است سوالاتی درباره زمان را بررسی کند.او گفت: یک نظریه خاص وجود دارد که پیشنهاد می‌کند زمان یک ویژگی بنیادی طبیعت نیست، بلکه یک ویژگی برآمده است. یکی از مکانیزم‌های مشهور برای اینکه چگونه این می‌تواند کار کند،توسط دان پیج و ویلیام ووتترز در سال ۱۹۸۳ توصیف شده است.آن‌ها استدلال کردند که جهان به طور کلی ممکن است بی‌زمان و تغییرناپذیر باشد،در حالی که ناظران داخل جهان می‌توانند تحول زمانی را درک کنند.این درک به این دلیل است که پیکربندی‌های فضایی مختلف با پیکربندی‌های فضایی یک جسم با الگوی دوره‌ای،مانند عقربه‌های ساعت،درهم‌تنیده هستند.این اثر در سال ۲۰۱۳ با فوتون‌ها نشان داده شد.دمینا گفت: رویای من این است که این آزمایش را در یک سیستم ذرات بنیادی انجام دهم تا مکانیزم پیج-ووتترز را نشان دهم. دیگران نگرانی‌هایی مطرح کرده‌اند که این آزمایش‌های کوارک تاپ نمی‌توانند به طور قابل اعتماد مکانیک کوانتومی را آزمایش کنند.هربرت دراینر،فیزیکدانی از دانشگاه بن در آلمان،در دو پیش‌چاپ اخیر استدلال کرد که این رویکرد دوری است: برای اندازه‌گیری درهم‌تنیدگی،باید حرکت زاویه‌ای محصولات فروپاشی خروجی را به اسپین‌های کوارک تاپ و آنتی‌کوارک تاپ مرتبط کنید.اما برای ترجمه یکی به دیگری،باید از نظریه‌ای استفاده کنید و اگر از مکانیک کوانتومی استفاده می‌کنید،نمی‌توانید مکانیک کوانتومی را آزمایش کنید. این بحث همچنان ادامه دارد.برای برخی،این خط آزمایش‌ها نشانه‌ای است که پس از ۱۷ سال آزمایش برخورد در LHC،اهداف جدیدی لازم است.مارتین وایت گفت: احساس می‌شود که همیشه به دنبال چیزهای جدید برای انجام دادن هستید. ووس گفت: شک و تردید زیادی وجود دارد.با این حال،وقتی شروع به کشیدن این رشته می‌کنید،نمی‌دانید چه چیزی به دست خواهید آورد. پایان منبع: https://www.quantamagazine.org/particle-physicists-detect-magic-at-the-large-hadron-collider-20251125/ #مکانیک_کوانتومی #ذرات_بنیادی #LHC #CERN @Einstein_astronomy

‍ بخش دوم: فرضیه ۳: پیش‌ذوب یک احتمال دیگر وجود دارد: اینکه سطح یخ حتی قبل از تماس با هر چیزی،مرطوب باشد. در سال ۱۸۴۲،دانشمند انگلیسی مایکل فارادی مشاهده کرد که دو مکعب یخ که به هم می‌چسبند،به یکدیگر یخ می‌زنند و حتی یک دست گرم به یخ می‌چسبد.او این پدیده را به لایه نازک پیش‌ذوب شده‌ای نسبت داد که روی سطح نمایان یخ قرار دارد و وقتی پوشانده می‌شود دوباره یخ می‌زند.فارادی نتوانست توضیح دهد چرا این اتفاق می‌افتد و تقریباً یک قرن طول کشید تا دانشمندان دیگر -به ویژه چارلز گورنی و وولدمار ویل- پیشنهاد دهند که چرا پیش‌ذوب سطحی ممکن است رخ دهد. آنها حدس زدند که مولکول‌های نزدیک به سطح رفتار متفاوتی نسبت به مولکول‌های عمیق‌تر درون یخ دارند.یخ یک کریستال است، به این معنی که هر مولکول آب در یک شبکه دوره‌ای قفل شده است.با این حال،در سطح،مولکول‌های آب همسایه‌های کمتری برای پیوند دارند و بنابراین آزادی حرکت بیشتری نسبت به یخ جامد دارند.در آن لایه موسوم به پیش‌ذوب شده،مولکول‌ها به راحتی توسط اسکیت،اسکی یا کفش جابجا می‌شوند.امروزه،دانشمندان عموماً موافقند که لایه پیش‌ذوب شده وجود دارد،حداقل نزدیک به نقطه ذوب،اما در مورد نقش آن در لغزندگی یخ اختلاف نظر دارند. چند سال پیش،لوئیس مک‌داول،فیزیکدانی در دانشگاه کامپلتنس مادرید،و همکارانش مجموعه‌ای از شبیه‌سازی‌ها را انجام دادند تا مشخص کنند کدام یک از سه فرضیه -فشار،اصطکاک یا پیش‌ذوب- بهترین توضیح را برای لغزندگی یخ ارائه می‌دهد.او گفت: در شبیه‌سازی‌های کامپیوتری،می‌توانید حرکت اتم‌ها را ببینید.چیزی که در آزمایش‌های واقعی ممکن نیست و می‌توانید واقعاً به همسایگان آن اتم‌ها نگاه کنید تا ببینید آیا آنها به صورت دوره‌ای مرتب شده‌اند،مانند یک جامد،یا نامنظم،مانند یک مایع. آنها مشاهده کردند که بلوک شبیه‌سازی شده یخ آنها واقعاً با لایه‌ای شبیه مایع به ضخامت چند مولکول پوشیده شده است،همانطور که نظریه پیش‌ذوب پیش‌بینی می‌کند.وقتی یک جسم سنگین را روی سطح یخ شبیه‌سازی کردند،ضخامت لایه افزایش یافت،که با نظریه فشار همخوانی داشت.در نهایت،آنها گرمایش اصطکاکی را بررسی کردند.نزدیک به نقطه ذوب یخ،لایه پیش‌ذوب شده قبلاً ضخیم بود،بنابراین گرمایش اصطکاکی تأثیر قابل توجهی نداشت.اما در دماهای پایین‌تر،جسم لغزنده گرمایی تولید کرد که یخ را ذوب کرده و لایه را ضخیم‌تر کرد. مک‌داول گفت: پیام ما این است: هر سه فرضیه جنجالی به طور همزمان و به درجات مختلف عمل می‌کنند. تشریح تصویر زیر: توضیح کتاب درسی برای لغزندگی یخ از آزمایش‌هایی در دهه ۱۹۳۰ در کاخ یخ یونگفراوجوخ،یک غار یخی ساخته شده توسط انسان در آلپ سوئیس،به دست آمد.امروزه بسیاری از دانشمندان با آن توضیح موافق نیستند. #ترمودینامیک @Einstein_astronomy

‍ بخش سوم: آنها روشی را برای انجام این کار در اواخر سال ۲۰۲۴ پیشنهاد دادند.این مقاله اولین همکاری آنهاست.مارتین وایت گفت: وقتی منتشر شد،واقعاً برایم بسیار احساسی بود.ما سال‌ها می‌خواستیم با هم کار کنیم. وقتی دمینا در یک کنفرانس با برادران ملاقات کرد،آنها الهام‌بخش او شدند تا این پیشنهاد را به گروهش در CMS بیاورد.او گفت: آنها دوقلوهای همسان هستند، یکی در بریتانیا کار می‌کند و دیگری در استرالیا.آنها بسیار از هم دور شده‌اند،اما هنوز در حالت درهم‌تنیده‌ای قرار دارند. برای استخراج جادوی کوارک‌های تاپ،CMS بانک عظیمی از داده‌های برخورد را تحلیل کرد و چرخش جفت‌های کوارک تاپ را که به جهات مختلف پرواز می‌کردند،شمارش کرد.انجام این کار به تیم اجازه داد تا ماتریس همبستگی چرخش به اصطلاحی را پر کند،توصیفی کامل از همبستگی‌های بین چرخش ذرات در جهات x، y و z.از این ماتریس،فیزیکدانان جادو را محاسبه می‌کنند.جفت‌های کوارک درهم‌تنیده واقعاً جادو داشتند. اندازه‌گیری CMS ورود مفهوم محاسبات کوانتومی که زمانی نیش بود را به حوزه فیزیک ذرات نشان داد. نکته اصلی مطالعه جادو،بهبود احتمالی کامپیوترهای کوانتومی است نه آشکار کردن بینش‌های جدید درباره ذرات بنیادی.اما روش‌های حساس توسعه یافته برای انجام چنین اندازه‌گیری دقیقی به چیزی غیرمنتظره منجر شد: فیزیکدانان مشاهده کردند که کوارک تاپ و آنتی‌کوارک تاپ گاهی اوقات بیش از حد درهم‌تنیده بودند. در این موارد،کوارک‌ها به شدت به هم متصل شده و یک ذره واحد را تشکیل می‌دادند،حالتی فرار به نام توپونیم.توپونیم در سال ۱۹۹۰ پیش‌بینی شده بود اما فکر می‌شد اثری بسیار ظریف باشد که یک برخورددهنده مانند LHC نتواند آن را ببیند،مارسل ووس،رهبر گروه تحقیقاتی کوارک تاپ در ATLAS گفت.CMS و ATLAS اندازه‌گیری‌های خود از توپونیم را به ترتیب در مارس و ژوئیه منتشر کردند.ووس گفت: این اولین دستاورد ملموس ما از همه اینهاست. تشریح تصویر زیر: رجینا دمینا رهبری تحلیل اندازه‌گیری اخیر CMS درباره جادو در برخورددهنده بزرگ هادرون را بر عهده داشت. #مکانیک_کوانتومی #ذرات_بنیادی #LHC #CERN @Einstein_astronomy

‍ چرا یخ لغزنده است؟ یک فرضیه جدید وارد بحث می‌شود: توضیح تازه‌ای که برای لغزندگی یخ ارائه شده،بحثی چندصدساله را دوباره زنده کرده است. بخش اول: دلیل اینکه ما می‌توانیم به نرمی روی پیست اسکیت یخ سر بخوریم یا به طور نامناسب روی پیاده‌روی یخ‌زده لیز بخوریم،این است که سطح یخ با یک لایه نازک آب‌مانند پوشیده شده است.دانشمندان عموماً موافقند که این لایه روان‌کننده و شبیه مایع است که یخ را لغزنده می‌کند. اما درباره اینکه چرا این لایه تشکیل می‌شود،اختلاف نظر دارند. سه نظریه اصلی درباره این پدیده در دو قرن گذشته مورد بحث قرار گرفته است.اوایل امسال،پژوهشگرانی در آلمان فرضیه چهارمی ارائه دادند که می‌گویند معمای لغزندگی یخ را حل می‌کند. اما آیا واقعاً اینطور است؟ به نظر می‌رسد اجماع نزدیک‌تر شده اما هنوز به دست نیامده است.فعلاً این مسئله لغزنده همچنان باز است. فرضیه ۱: فشار: در اواسط قرن نوزدهم،مهندس انگلیسی به نام جیمز تامسون پیشنهاد داد که وقتی روی یخ قدم می‌گذاریم،فشاری که وارد می‌کنیم سطح یخ را ذوب می‌کند و باعث لغزندگی آن می‌شود.در شرایط عادی،یخ وقتی دما به صفر درجه سلسیوس(۳۲ درجه فارنهایت)می‌رسد،ذوب می‌شود.اما فشار نقطه ذوب آن را کاهش می‌دهد،بنابراین حتی در دماهای پایین‌تر ممکن است لایه‌ای از آب روی سطح تشکیل شود.این رابطه نظری بین نقطه ذوب و فشار توسط برادر کوچکتر تامسون،ویلیام که بیشتر به نام لرد کلوین شناخته می‌شود،به صورت تجربی تأیید شد. اما در دهه ۱۹۳۰،فرانک پی. بادن و تی. پی. هیوز از آزمایشگاه شیمی فیزیکی دانشگاه کمبریج به نظریه ذوب تحت فشار شک کردند.آنها محاسبه کردند که یک اسکی‌باز معمولی فشار بسیار کمی وارد می‌کند که نمی‌تواند نقطه ذوب یخ را به طور قابل توجهی تغییر دهد.برای این کار،اسکی‌باز باید هزاران کیلوگرم وزن داشته باشد. فرضیه ۲: اصطکاک: بادن و هیوز توضیح جایگزینی برای تشکیل لایه آب ارائه دادند: اینکه این لایه به دلیل گرمای تولید شده توسط اصطکاک ناشی از هر چیزی که روی یخ سر می‌خورد،ذوب می‌شود.آنها نظریه خود را در یک غار یخی مصنوعی در آلپ سوئیس آزمایش کردند و از دستگاه پیچیده‌ای برای اندازه‌گیری اصطکاک بین یخ و مواد دیگر استفاده کردند.آنها دریافتند که اصطکاک با موادی که رسانای خوبی برای گرما هستند،مانند برنج،بیشتر است تا با رساناهای ضعیف مانند ابونایت.از این نتیجه گرفتند که وقتی یخ توسط ماده‌ای که گرما را به راحتی جذب می‌کند مالیده می‌شود،گرمای کمتری برای ذوب یخ موجود است و بنابراین یخ کمتر لغزنده می‌شود.این یافته از نظریه آنها حمایت می‌کرد که ذوب اصطکاکی مسئول لغزندگی یخ است. اگرچه این توضیح هنوز در کتاب‌های درسی آمده است،بسیاری از دانشمندان با آن مخالفند. دنیل بون،فیزیکدان دانشگاه آمستردام،گفت: مشکل این است که شما فقط یخی را که پشت سر خود دارید ذوب می‌کنید،نه یخی که واقعاً روی آن اسکیت می‌کنید. یخ می‌تواند در لحظه‌ای که روی آن قدم می‌گذاریم لغزنده باشد،قبل از اینکه حرکتی رخ دهد که بتواند گرمای اصطکاکی ایجاد کند. برای آزمایش فرضیه اصطکاک،بون و تیمش یک پیست اسکیت یخی میکروسکوپی ساختند.آنها قطعه‌ای فلز(که جایگزین تیغه اسکیت بود)را با سرعت‌های مختلف چرخاندند و هر بار نیروی لازم برای حرکت فلز و نیرویی که فلز به یخ وارد می‌کرد را اندازه‌گیری کردند.نسبت این نیروها به آنها معیاری از لغزندگی یخ داد.دانشمندان دریافتند که لغزندگی به سرعت بستگی ندارد،که نشان می‌دهد گرمای اصطکاکی -که باید با افزایش سرعت بیشتر شود- عامل لغزندگی یخ نیست. تشریح ویدیوی زیر: گروه دانیل بن در دانشگاه آمستردام یک پیست یخ‌اسکی میکروسکوپی ایجاد کرد تا به سوال لغزندگی بپردازد. #ترمودینامیک @Einstein_astronomy

‍ بخش دوم: کمی جادو: رایانه‌های کوانتومی می‌توانند برخی الگوریتم‌ها را به‌طور نمایی سریع‌تر از رایانه‌های معمولی اجرا کنند.این افزایش سرعت تا حدی به دلیل درهم‌تنیدگی است که حالت‌های ۰ و ۱ کیوبیت‌های مختلف را به هم پیوند می‌دهد و شبکه‌ای از احتمالات وابسته ایجاد می‌کند.رایانه کوانتومی می‌تواند همه حالت‌های ممکن را به‌طور همزمان دستکاری کند،نه یکی پس از دیگری. سطوح بالای درهم‌تنیدگی بین کیوبیت‌ها قبلاً به‌عنوان راهی مطمئن برای دادن برتری عملکرد به رایانه‌های کوانتومی در نظر گرفته می‌شد. کریس وایت از دانشگاه کوئین مری لندن گفت: شهود به شما می‌گوید هرچه درهم‌تنیدگی بیشتر باشد،رایانه کوانتومی ما بهتر است.در واقع این کاملاً نادرست است. در دهه ۱۹۹۰،پیشرفتی در اطلاعات کوانتومی با اثبات قضیه گوتسمن-نیل به دست آمد.این قضیه نشان داد که برخی حالت‌های کوانتومی بسیار درهم‌تنیده -که حالت‌های تثبیت‌کننده نامیده می‌شوند- می‌توانند به همان اندازه کارآمد روی رایانه کلاسیک شبیه‌سازی شوند که روی رایانه کوانتومی.اگر این حالت‌ها را از کیوبیت‌ها بسازید،هیچ افزایش سرعتی نخواهید دید. در جستجوی برتری کوانتومی -توانایی رایانه کوانتومی برای پیشی گرفتن از رایانه‌های کلاسیک در برخی وظایف- فیزیکدانان شروع به جستجوی حالت‌های درهم‌تنیده‌ای کردند که تا حد امکان با حالت‌های تثبیت‌کننده متفاوت باشند.این حالت‌ها نام حالت‌های جادویی را گرفتند.مارتین وایت گفت: این کلمه وحشتناک است،اما پس از ۲۰ سال احتمالاً دیگر نمی‌توان آن را تغییر داد. در سال ۲۰۱۴،فیزیکدانان قطعه گمشده‌ای را یافتند که به حالت‌های جادویی نیروی کوانتومی می‌دهد.کلید آن زمینه‌مندی است؛ویژگی کمتر شناخته‌شده مکانیک کوانتومی.زمینه‌مندی می‌گوید که نتیجه یک اندازه‌گیری کوانتومی به سایر ویژگی‌هایی که همزمان اندازه‌گیری می‌شوند بستگی دارد.ویژگی‌های اندازه‌گیری شده ثابت و منتظر کشف نیستند؛آن‌ها زمینه‌مند هستند.حالت‌های تثبیت‌کننده استثنایی در این قانون هستند؛می‌توان آن‌ها را غیرزمینه‌مند در نظر گرفت و تصور کرد که در هر زمان مجموعه کاملی از ویژگی‌های قطعی دارند.اما برای حالت‌های جادویی،نمی‌توان از زمینه‌مندی آن‌ها گذشت،که شبیه‌سازی کلاسیکی آن‌ها را دشوار می‌کند. پژوهشگران اطلاعات کوانتومی شروع به جستجوی راه‌هایی برای تولید و تقویت جادو در سیستم‌های کوانتومی کردند.این موضوع توجه چند فیزیکدان ذرات -از جمله مارتین و کریس وایت- را جلب کرد که کنجکاو بودند چگونه جادو در سیستم‌های ذرات بنیادی ظاهر می‌شود.کریس وایت گفت: ما فکر کردیم،LHC یک سیستم کوانتومی است.توپ کوارک‌ها یک سیستم کوانتومی هستند.آیا می‌توانیم به آن سیستم نگاه کنیم و ببینیم آیا جادو دارد یا نه؟ تشریح تصویر زیر: فیزیک‌دانان ذرات،مارتین وایت(بالا)از دانشگاه آدلاید در استرالیا و کریس وایت از دانشگاه کوئین مری لندن همیشه می‌خواستند با هم کار کنند.سال گذشته،این دوقلوهای همسان بالاخره این کار را انجام دادند و روشی برای کشف جادوی کوارک‌های تاپ پیشنهاد دادند. #مکانیک_کوانتومی #ذرات_بنیادی #LHC #CERN @Einstein_astronomy

‍ فیزیکدانان ذرات جادو را در برخورددهنده بزرگ هادرون کشف کردند: بخش اول: اکنون از این ابر برخورددهنده برای بررسی پدیده‌های کوانتومی،از جمله نوعی جادوی درهم‌تنیدگی کوانتومی استفاده می‌شود.سالانه نود میلیون بار،وقتی پروتون‌ها در برخورددهنده بزرگ هادرون(LHC)به هم برخورد می‌کنند،در خرابه‌های آن‌ها یک کوارک تاپ و یک آنتی‌کوارک تاپ تولید می‌شود که سنگین‌ترین ذرات بنیادی شناخته شده هستند.در کسری از ثانیه قبل از اینکه این ذرات به ذرات سبک‌تر تبدیل شوند،از هم جدا می‌شوند.اما آن‌ها از نظر کوانتومی درهم‌تنیده باقی می‌مانند،به این معنی که حالت هر ذره به حالت ذره دیگر بستگی دارد.اگر کوارک تاپ اندازه‌گیری شود که در یک جهت می‌چرخد،آنتی‌کوارک تاپ باید در جهت مخالف بچرخد. کوارک‌های تاپ خاص هستند.انواع دیگر کوارک‌ها به سرعت با هم ترکیب می‌شوند تا ذرات مرکب(مانند نوترون‌ها)را تشکیل دهند قبل از اینکه آشکارسازهای LHC بتوانند حالت‌های آن‌ها را ثبت کنند.اما کوارک‌های تاپ قبل از ترکیب با کوارک‌های دیگر فروپاشی می‌کنند.ذراتی که آن‌ها به آن‌ها تبدیل می‌شوند،رکوردی از چرخش‌هایشان دارند،یک اثر قابل مشاهده از درهم‌تنیدگی آن‌ها. آزمایش ATLAS در LHC برای اولین بار در سال ۲۰۲۳ درهم‌تنیدگی بین کوارک‌های تاپ و آنتی‌تاپ را اندازه‌گیری کرد.پس از آن،سلسله‌ای از اندازه‌گیری‌های بیشتر درهم‌تنیدگی انجام شده است.چنین تلاش‌هایی در داخل دیوارهای LHC جدید است.هفده سال پس از روشن شدن این دستگاه،فیزیکدانان ذرات درک می‌کنند که می‌توانند از این برخورددهنده برای بررسی نحوه جریان اطلاعات در سیستم‌های کوانتومی استفاده کنند؛سوالی که در بنیادهای محاسبات کوانتومی مطرح است.دو حالت چرخش ممکن کوارک‌ها متناظر با حالت‌های ۰ و ۱ یک کیوبیت،واحد اطلاعات کوانتومی،هستند. آلن بار،فیزیکدانی از دانشگاه آکسفورد که روی آزمایش ATLAS کار می‌کند،گفت: این فرآیند برخورد ذرات و تشکیل ذرات جدید را به عنوان یک پردازشگر کوانتومی در نظر می‌گیرد.شما می‌توانید مجموعه‌ای کاملاً متفاوت از سوالات را بررسی کنید که برخورددهنده‌ها در اصل برای آن طراحی نشده بودند اما بسیار قادر به پاسخگویی به آن‌ها هستند. رجینا دیمینا،فیزیکدانی از دانشگاه راچستر که روی آزمایش CMS در LHC کار می‌کند،گفت: این همگرایی نظریه اطلاعات کوانتومی و فیزیک ذرات واقعاً یک حوزه نوظهور است،الان مثل یک تب طلا است. یکی از نتایج پر سر و صدا در بهار امسال به دست آمد،وقتی آزمایش CMS جادوی یک جفت کوارک تاپ را اندازه‌گیری کرد.در نظریه اطلاعات کوانتومی،جادو خاصیتی از کیوبیت‌های درهم‌تنیده است که حالت آن‌ها را دشوار می‌کند تا روی یک کامپیوتر کلاسیک شبیه‌سازی شوند.برای اینکه کامپیوترهای کوانتومی بتوانند الگوریتم‌ها را سریع‌تر از کامپیوترهای کلاسیک اجرا کنند،باید به عنوان نوعی سوخت،منبعی از حالت‌های جادویی دریافت کنند. مارتین وایت،فیزیکدانی از دانشگاه آدلاید که اندازه‌گیری جادوی کوارک تاپ را همراه با کریس وایت،برادر دوقلو،سال گذشته پیشنهاد داد،گفت: به نظر می‌رسد مردم می‌گویند،ما فقط می‌خواهیم هر سیستم کوانتومی را پیدا کنیم که جادو در طبیعت وجود دارد،تا بتوانیم خواص جادو را مطالعه کنیم.این به آن فهرست اضافه می‌شود. #مکانیک_کوانتومی #ذرات_بنیادی #LHC #CERN @Einstein_astronomy

‍ بخش دوم: یک جایگزین امیدوارکننده برای روش‌های متداول ضددیاباتیک: بیشتر روش‌های ضددیاباتیک معرفی شده قبلی با انجام محاسباتی کار می‌کنند که با بزرگ‌تر شدن سیستم‌ها به صورت نمایی افزایش می‌یابد یا بر اساس تقریب‌های متغیر با پارامترهای قابل تنظیم هستند.در حالی که روش اول می‌تواند از نظر محاسباتی سنگین و سخت برای مقیاس‌پذیری به سیستم‌های بزرگ‌تر باشد،روش دوم اغلب برای آماده‌سازی حالت‌های پایه قابل اعتماد نیست. فینزگار و همکارانش تصمیم گرفتند تکنیک جدیدی برای رانش ضددیاباتیک توسعه دهند که به محاسبات پیچیده‌تر یا فرضیات خاص سیستم وابسته نباشد.در نهایت،آن‌ها متوجه شدند پارامترهایی که باید در روش متغیر تنظیم شوند،مستقیماً به مسئله تقریب تابع مرتبط هستند. فینزگار توضیح داد: روش ما بر این واقعیت تکیه دارد که در اصل،ساختن یک طرح مؤثر رانش ضددیاباتیک به مسئله‌ای بسیار ساده‌تر از نظر مفهومی یعنی برازش چندجمله‌ای‌ها به تابع معکوس تقلیل می‌یابد.این به طور مؤثر به این معناست که پارامترهای طرح رانش ضددیاباتیک پیشنهادی به جزئیات ریز سیستم وابسته نیستند و بنابراین، به نوعی،در میان انواع مختلف سیستم‌ها جهانی هستند. نتایج اولیه و گسترش به سیستم‌های بزرگ‌تر فینزگار گفت: مهم‌ترین یافته کار ما احتمالاً این است که ما تعیین کردیم هزینه اجرای طرح‌های رانش ضددیاباتیک برای یک وظیفه آماده‌سازی حالت پایه معین چگونه است.علاوه بر این،و برخلاف انتظار،ما دریافتیم که گاهی عملکرد محدود می‌شود توسط ویژگی‌های حالت‌های سیستم که از نظر انرژی بسیار دور از حالت پایه‌ای هستند که ما در تلاش برای آماده‌سازی آن هستیم.این برخلاف دانش متداول است که هزینه آماده‌سازی حالت پایه توسط ویژگی‌های انرژی پایین سیستم تعیین می‌شود. به دلیل ویژگی‌های فرکانس بالا سیستم،طرح پیشنهادی اولیه هنگام افزایش اندازه سیستم‌ها به سیستم‌های بزرگ‌تر از کار می‌افتد.برای رفع این مشکل،فینزگار و همکارانش نشان دادند که وقتی این روش با پروتکل‌های آدیاباتیک زمان محدود ترکیب شود، می‌توان آن را به سیستم‌های کوانتومی بسیار بزرگ اعمال کرد. علاوه بر این،آن‌ها دریافتند که در عمل روش آن‌ها اجازه می‌دهد حالت‌های پایه را سریع‌تر و قابل اعتمادتر از روش‌های متداول رانش ضددیاباتیک که با آن مقایسه شده‌اند،آماده کنند. روش جدیدی که این تیم پژوهشی ابداع کرده‌اند تاکنون به عنوان جایگزینی قابل اعتماد و مقیاس‌پذیر برای روش‌های متداول رانش ضددیاباتیک اثبات شده است.در آینده،می‌تواند برای آماده‌سازی حالت پایه سیستم‌های کوانتومی مختلف استفاده شود که می‌تواند پیامدهای مهمی برای محاسبات کوانتومی،شبیه‌سازی کوانتومی و طراحی مواد داشته باشد. فینزگار افزود: برنامه‌های پژوهشی آینده من در این زمینه شامل یافتن پیاده‌سازی‌های جدید و کارآمد طرح رانش ضددیاباتیک ما بر روی دستگاه‌های کوانتومی در حال پیشرفت سریع خواهد بود. تشریح تصویر زیر: رانش CD جهانی در بازه‌های زمانی محدود پایان منبع: https://phys.org/news/2025-11-quantum-ground-states-scalable-counterdiabatic.html #مکانیک_کوانتومی @Einstein_astronomy