نجح فريق بحثي دولي في إنشاء أول نظام هابارد ثلاثي المكونات بتفاعلات قابلة للضبط في المختبر، باستخدام مجهر غاز كمي يتيح رؤية الذرات الفردية بدقة مكانية. نُشرت الدراسة في دورية "ساينس" في 5 نوفمبر 2026، وقادها بيتر شاوس من جامعة هامبورغ ضمن تجمع التميز "CUI: Advanced Imaging of Matter".
تفاصيل التجربة والمنهجية
اعتمد الباحثون على ذرات فائقة البرودة محبوسة في شبكة ضوئية، وهي منصة راسخة لمحاكاة الكم تحاكي الأنظمة في فيزياء الحالة الصلبة. تشغل الذرات الفيرميونية أدنى حالة طاقة في الشبكة وتلعب دور الإلكترونات المتحركة في المادة الصلبة، حيث تنفق من موقع شبكي إلى آخر. يمنع مبدأ باولي الفيرميونات المتطابقة من احتلال الموقع نفسه، لكن عند اجتماع فيرميونات متميزة في موقع واحد تنشأ طاقة تفاعل تعتمد على مجال مغناطيسي خارجي مطبق، محققة بذلك نموذج هابارد.
أهمية النموذج ثلاثي المكونات
يقتصر نموذج هابارد القياسي عادةً على حالتين دورانيتين (أعلى وأسفل)، بينما يتيح إضافة مكون ثالث قابل للضبط استكشاف أطوار كمومية أغنى بكثير. أوضح كادين هازارد، الأستاذ المشارك في جامعة رايس والمؤلف المشارك، أن النموذج الثنائي المكون لا يزال يحوي أسئلة كبرى رغم عقود من المحاولات النظرية، وأن المكون الثالث يتيح مراقبة كيفية تفاعل النموذج الثنائي معه، مما قد يساعد في الإجابة عن تلك الأسئلة.
تصريحات الباحثين
أكد شاوس أهمية رصد "حالة موت" مباشرة، حيث تكبح التفاعلات القوية احتلال الموقع الواحد بأكثر من جسيم، ما يؤدي إلى سلوك عازل. ومن المفارقات أن فائقة التوصيل عالية الحرارة تظهر بالقرب من حالات موت هذه. وأضاف شاوس أن تحقيق التجربة اتضح أنه "مستقر بشكل مدهش" رغم المخاوف من تصادمات ثلاثية الأجسام. وشدد هازارد على التعاون الوثيق بين النظرية والتجربة، مشيرًا إلى أن المقارنات بين الحسابات العددية المتطورة والقياسات التجريبية ستسهم في تحسين الأدوات النظرية.
نتائج واعدة وتطبيقات مستقبلية
رصد الفريق العديد من الأطوار الكمومية الأخرى التي تعتمد على شدة التفاعلات بين الحالات الثلاث، ووجد أن ارتباطات حديدية المغناطيسية بين حالتين وارتباطات مضادة للحديدية المغناطيسية بين حالتين أخريين يمكن أن تحدث في آن واحد. كما طور الباحثون طريقة متخصصة لتحديد عدد المواقع الشبكية المحتلة بثلاثة جسيمات، وتطابقت القيم التجريبية مع الحسابات العددية التي أجراها متعاونون في جامعة رايس. ويخطط الفريق لتحسين التفاعلات القابلة للضبط لدراسة نماذج شبكية للكروموديناميكا الكمومية في المختبر.
جهات التمويل والدعم
دُعم البحث من عدة جهات، منها المؤسسة الوطنية للعلوم (منح PHY-1848304 وDGE-2346014)، ومؤسسة روبرت أ. ويلش (منحة C-1872)، ومؤسسة دبليو. إم. كيك (منحة 995764)، تحت المعرف الرقمي 10.1126/science.adv1247.