قال عالم المستقبل آرثر سي. كلارك عبارته الشهيرة: «لا يمكن تمييز أي تكنولوجيا متقدمة بما فيه الكفاية عن السحر». حسنًا، لقد أظهر فريق من الفيزيائيين للتو أن الطريقة الشائعة لإنتاج الجسيمات في مصادم الهادرونات الكبير تنتج ذلك تمامًا.
لقد أنتج مصادم الهادرونات الكبير بشكل موثوق بعضًا من أكثر الاكتشافات إلحاحًا في فيزياء الجسيمات لأكثر من عقد من الزمن. أشهر مساهماتها في العلوم هي رصد هيغز بوسون في عام 2012، لكن معجل الجسيمات العملاق هو جزء لا يتجزأ من البنية التحتية لفيزياء الجسيمات، حيث يتم التحقيق بدقة في رؤى جديدة حول الأجزاء المتناهية الصغر من المادة والقوانين الأساسية التي تحكم عالمنا.
قام الفريق المكون من الأخوين وايت، وهما فيزيائيان توأمان في جامعة كوين ماري وجامعة لندن وجامعة أديليد في أستراليا، على التوالي، بنشر ورقة بحثية هذا الأسبوع في مجلة المراجعة البدنية د التحقيق في ظهور خاصية، تُعرف حرفيًا باسم السحر، في الاصطدامات في LHC.
قال كريس وايت، في إصدار كوين ماري بجامعة لندن: “يستكشف عملنا مفهوم “السحر” في الكواركات القمية، والذي يقيس بشكل أساسي مدى ملاءمة الجسيمات لبناء حواسيب كمومية قوية”. الكواركات العلوية هي أحد الأنواع الستة – أو النكهات – للكواركات، وهي أثقل جسيم في النموذج القياسي.
السحر هو قياس مدى صعوبة محاكاة الحالة الكمومية للكمبيوتر الكلاسيكي. والفكرة هي أنه مع المشكلات المعقدة بشكل خاص، تكون أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية قليلة الفائدة. في إشارة إلى كلارك، فإن العلم في العمل هو في الأساس سحر لأجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية – على الرغم من أنني يجب أن أشير إلى أن استخدام مصطلح “السحر” في الفيزياء الصعبة يعود إلى جي إي كلودر في عام 1972.
في دراستهم، درس الأخوان سلوك الكواركات القمية واحتمالية إنتاج مصادم الهادرونات الكبير للكواركات القمية السحرية، كما تحددها سرعة الجسيمات واتجاهها. يمكن لكاشفات تجارب ATLAS وCompact Muon Solenoid في LHC قياس هذه الخصائص.
وكتب التوأم في الورقة البحثية: “يبدو أن الوقت مناسب بشكل خاص لاستكشاف ما إذا كانت خاصية السحر حتمية طبيعية في تجارب المصادم الحالية”. “بعبارة أكثر بساطة: هل تنتج الطبيعة كواركات علوية سحرية، وإذا لم يكن الأمر كذلك، فلماذا لا؟”
لدى Electric Light Orchestra أغنية بعنوان “Strange Magic”، والتي، في ظل خطر التشهير بكلمات جيف لين النبيلة، أشعر (في أكثر حالاتي تشاؤمًا) بأنها زائدة عن الحاجة. السحر غريب بطبيعته بالنسبة لنا، ولهذا نسميه سحرًا. لكن ربما أغرب السحر هو ذلك الذي يصف حدود العالم التي نفهمها، من الظواهر التي لا يزال الخبراء يعملون على حلها.
وقال مارتن وايت، عالم الفيزياء في جامعة أديلايد والمؤلف المشارك للدراسة، في بيان جامعي: “كلما ارتفع السحر، كلما زادت حاجتنا إلى أجهزة كمبيوتر كمومية لوصف السلوك”. “إن دراسة الخصائص السحرية للأنظمة الكمومية تولد رؤى مهمة حول التطوير والاستخدامات المحتملة لأجهزة الكمبيوتر الكمومية.”
تعمل أجهزة الكمبيوتر الكمومية على البتات الكمومية (أو الكيوبتات)، والتي تشبه البتات الحاسوبية العادية باستثناء أن قيمها يمكن تفسيرها على أنها 0 و1 في وقت واحد، وهي ميزة غريبة في عالم الكم تمكن أجهزة الكمبيوتر من التفكير في المزيد من الحلول لمشكلة ما بشكل أسرع من الحلول الكلاسيكية. حاسوب. الهدف النهائي – بل والتوقع – هو أن تكون أجهزة الكمبيوتر الكمومية قادرة على حل المشكلات التي لا تستطيع أجهزة الكمبيوتر التقليدية حلها، وهو إنجاز يتسابق علماء الكم نحو تحقيقه، وأحيانًا باستخدام أساليب غير تقليدية.
وقال مارتن وايت: “هذا الاكتشاف لا يتعلق فقط بأثقل الجسيمات في الكون، بل يتعلق بإطلاق العنان لإمكانات نموذج حاسوبي ثوري جديد”.
خلال فصل الصيف، أعلنت شركة الحوسبة الكمومية Quantinuum عن جهاز كمبيوتر قالت إنه تفوق في الأداء على النتيجة التاريخية التي حققها كمبيوتر Google والتي أظهرت “التفوق الكمي” بمقدار 100 مرة.
في وقت سابق من هذا الشهر، طرحت شركة Google لأول مرة أحدث شرائحها الكمومية، Willow، والتي قالت الشركة إنها يمكنها إجراء عمليات حسابية على خمسة ملايين، والتي قد تستغرق أحد أسرع أجهزة الكمبيوتر العملاقة في العالم 10 سيبتيليون سنة. أظهر فريق البحث الكمي في Google أيضًا جانبًا رائعًا لنظامهم الكمي: انخفاض هائل في معدل أخطاء الكمبيوتر مع نمو حجم الكمبيوتر الكمي. ويكفي أن نقول إن هذا السباق نحو عالم جديد شجاع في المعلومات الكمومية في طريقه إلى الارتفاع.
عاد مصادم الهادرون الكبير إلى العمل في عام 2022، بعد توقف دام ثلاث سنوات لإجراء الصيانة والتحديثات الروتينية للنظام. في العام الماضي، نشر العلماء الذين يعملون في تجربة CERN's CMS – وهي أثقل تجربة في LHC – تقدمًا جديدًا في البحث عن الفوتونات المظلمة (أو المخفية)، وهي مرشح للمادة المظلمة.
كل هذا يأتي قبل مشروع High Luminosity-LHC القادم، والذي سيزيد من تألق المنشأة عشرة أضعاف ويزيد من عدد بوزونات هيغز التي يمكن للفيزيائيين دراستها بأمر من حيث الحجم. ومن المتوقع أن يكون مصادم الهادرونات الكبير (LHC) المجدد جاهزًا للتشغيل بحلول عام 2029؛ في الوقت الحالي، تجري المرحلة الثالثة من مصادم الهادرونات الكبير (LHC) حتى عام 2026.