به گزارش اطلاعات آنلاین به نقل از Nature Communications، دانشمندان از امواج رادیویی برای کنترل چرخش مغناطیسی یک هسته اتمی (spin) استفاده کرده‌اند و به نتیجه‌ای دست یافته‌اند که درک آنها از نحوه عملکرد مغناطیس اتمی را به چالش می‌کشد. این آزمایش که در دانشگاه صنعتی دلفت هلند انجام شده است، نشان می‌دهد که چرخش هسته‌ای را می‌توان در شرایطی که محققان انتظار واکنش آن را نداشتند، دستکاری کرد.
برخلاف مغناطیس نسبتاً قوی مرتبط با الکترون‌ها، مغناطیس هسته‌ای بسیار ضعیف و از محیط اطراف خود منزوی‌تر است. تا کنون قوی‌ترین مغناطیس از الکترون‌ها ناشی می‌شود. اما در برخی از اتم‌ها، هسته نیز دارای چرخش است. این چرخش بسیار ضعیف‌تر است اما همچنین از دنیای خارج بسیار بهتر محافظت می‌شود.
پاسخی غیرمنتظره از هسته اتمی
برای بررسی مغناطیس در مقیاس اتمی، تیم تحقیقاتی از یک میکروسکوپ تونلی روبشی اصلاح‌شده استفاده می‌کند که قادر به هدایت سیگنال‌های الکتریکی به اتم‌های منفرد است. آزمایش‌های قبلی در درجه اول چرخش الکترون را بررسی کردند که تشخیص و دستکاری آن آسان‌تر است. چرخش هسته‌ای را می‌توان به طور غیرمستقیم از طریق برهمکنش فوق‌ریز، یک جفت‌شدگی کوانتومی بین خواص مغناطیسی یک الکترون و هسته، مشاهده کرد.
در آخرین آزمایش، محققان دو سیگنال را به طور همزمان اعمال کردند؛ یکی الکترون و دیگری هسته را هدف قرار می‌داد. آنها با بررسی جداگانه اثرات آنها، کشف کردند که می‌توانند چرخش هسته‌ای را تغییر دهند حتی زمانی که تا حد زیادی از چرخش الکترون جدا شده است. این با انتظار آنها مبنی بر اینکه هسته به طور مستقل به سیگنال‌های الکتریکی میکروسکوپ پاسخ نمی‌دهد، در تضاد بود.
محققان می گویند که این واقعاً نباید اتفاق بیفتد و چرخش هسته‌ای نباید به هیچ وجه به سیگنال‌های الکتریکی میکروسکوپ تونلی روبشی حساس باشد.
کنترل مغناطیس اتمی با فرکانس‌های دقیق
محققان با تطبیق رزونانس مغناطیسی دوگانه، یک تکنیک تثبیت شده برای کار با یک اتم واحد، به این کنترل دست یافتند. این روش به آنها اجازه داد تا هسته و الکترون را به طور مستقل با استفاده از سیگنال‌های تنظیم شده برای رزونانس مغناطیسی مربوطه، مورد بررسی قرار دهند. در مکانیک کوانتومی، چرخش می‌تواند بین حالت‌های مجاز خاص تغییر کند و هر گذار به سیگنالی با فرکانس مناسب نیاز دارد.
می‌توان آن را با سیم‌های یک گیتار مقایسه کرد. هر چرخش ممکن مانند سیمی با نت مخصوص به خود است. باید دقیقاً نت درست را نواخت تا یک سیم خاص به ارتعاش درآید. «نت‌های» یک چرخش هسته‌ای صد تا هزار برابر کمتر از نت‌های اسپین الکترون هستند.
پیامدها برای ذخیره‌سازی اطلاعات کوانتومی
چرخش های هسته‌ای کاندیداهای امیدوارکننده‌ای برای ذخیره سازی اطلاعات کوانتومی هستند زیرا نسبتاً به خوبی از اختلالات خارجی محافظت می‌شوند که می‌توانند حالت‌های کوانتومی ظریف را مختل کنند. توانایی کنترل یک چرخش هسته‌ای منفرد در نهایت می‌تواند از روش‌های جدیدی برای ذخیره‌سازی و خواندن اطلاعات کوانتومی پشتیبانی کند؛ اگرچه کاربردهای عملی همچنان یک احتمال آینده است.
در حال حاضر، این آزمایش یک سوال اساسی را بی‌پاسخ گذاشته است: چه مکانیسم فیزیکی به چرخش هسته‌ای اجازه می‌دهد تا زمانی که اتصال آن به چرخش الکترون برای توضیح رفتار مشاهده شده کافی نیست، پاسخ دهد؟ درک این فرآیند نیاز به تحقیقات بیشتر دارد.
علم واقعاً اینگونه کار می‌کند. همیشه چیز جدیدی برای کشف کردن وجود دارد.