خرس های آبی (Tardigrade) موجودات میکروسکوپی با جثه چاقی هستند که معمولا به عنوان “خزه‌کفک” شناخته می‌شوند. این موجودات بادوام شگفت‌انگیز چالش‌های زیادی را برای بقای نسل پشت سر گذاشته‌اند؛ به طوری که در آب داغ غوطه‌ور شده‌اند، در معرض تشعشعات شدید فرابنفش قرار گرفته‌اند و حتی (به‌طور تصادفی) بر روی ماه نیز فرود آمده‌اند. با این حال، نسل خرس آبی هنوز منقرض نشده و حتی در حال گسترش نیز می‌باشد.
تاردیگرادها یا همان خرس های آبی دارای یک ژن بقا تحت عنوان تون (tun) هستند. تون مکانیسمی است که در آن تاردیگرادها به شکل توپ‌های منقبض و کم‌آب جمع می‌شوند و عملکردهای بیولوژیکی خود را به‌طور نامحدود معلق می‌کنند تا شرایط محیطی شدید را تحمل نمایند.
محققان برای یافتن آستانه تحمل تاردیگرادها، آن‌ها را در معرض سردترین دماها و بالاترین فشارها قرار داده‌اند که به طور اعجاب‌آوری نسبت به آن‌ها مقاوم بودند؛ به طوری که بدون هیچ مشکلی به حیات خود ادامه دادند. هدف بعدی محققان از این آزمایش این بود که ببینند آیا یک خرس آبی منجمد می‌تواند در دو مدار الکتریکی درهم‌تنیده کوانتومی ادغام شود یا خیر؟ جالب اینجاست که پس از انجام آزمایش، تاردیگرادها خیلی سریع به حالت فعال طبیعی خود احیا شدند.
نتایج این آزمایشات، که در مقاله جدید پایگاه داده پیش‌چاپ arXiv منتشر شده است، نشان می‌دهد که دانشمندان ممکن است بتوانند «درهم‌تنیدگی کوانتومی موقت» را به فهرست رو به رشد دستاوردهای خرس های آبی اضافه کنند. با این حال، پاسخ‌های اولیه مقاله پیش رو با این یافته مخالفت کرده است.
توجه: اگر یافته‌های محققان بتوانند پاسخ محکمی به مخالفان بدهد، این آزمایش نشان از اولین باری دارد که یک حیوان زنده درهم‌تنیده شده است – پدیده‌ای عجیب که معمولاً محدود به کوچک‌ترین ذرات زیراتمی می‌شود.
آزمایشی ترسناک بر روی خرس آبی
پدیده درهم تنیدگی کوانتومی به قدری عجیب است که حتی آلبرت انیشتین نیز در مورد آن تردید داشت و به این فرآیند لقب «عمل شبح‌وار از راه دور» داد. اساساً، این اثر زمانی اتفاق می‌افتد که دو ذره کوچک و زیر اتمی به یکدیگر متصل می‌شوند، به طوری که تغییر در اسپین یا تکانه یک ذره، ذره دیگر را به همان شیوه تغییر می‌دهد – حتی زمانی که این دو ذره با فواصل بسیار زیاد از هم جدا شوند.
این اثر ممکن است بتواند از قلمرو زیراتمی فراتر برود؛ همانطور که دانشمندان نیز تلاش کردند در مقاله‌ای در سال 2018 در مجله ارتباطات فیزیک این موضوع را ثابت کنند. لایو ساینس قبلا گزارش داده بود که وقتی فرکانس تشدید نور در یک اتاق آینه‌ای در نهایت با فرکانس الکترون‌های مولکول‌های فتوسنتزی باکتری هماهنگ می‌شود، برخی از باکتری‌های فتوسنتزی می‌توانند با فوتون‌های نور درگیر شوند.
از همین رو، نویسندگان مقاله جدید arXiv تصمیم گرفتند آزمایشاتی را ترتیب دهند تا ببیند که آیا یک ارگانیسم چند سلولی مانند خرس آبی می‌تواند چنین رابطه‌ای را ایجاد کند یا خیر؟ این تیم در آزمایش خود سه تاردیگراد را از یک ناودان سقفی در دانمارک جمع‌آوری کردند. در حالت متحرک، تاردیگرادها بین 0.008 تا 0.018 اینچ (0.2 تا 0.45 میلی متر) طول داشتند، اما پس از این که محققان آن‌ها را منجمد کردند و به حالت تون فرستادند، خرس‌های آبی به حدود یک سوم آن اندازه کوچک‌تر شدند.
از این جا به بعد، تیم تحقیقاتی حتی تاردگرادها را بیشتر منجمد کردند. به طوری که آن‌ها را تا کسری از درجه بالاتر از صفر مطلق سرد کردند. این سردترین دمایی بود که تاکنون یک خرس آبی در معرض آن قرار گرفته و زنده مانده است.
انجام آزمایشات بیشتر روی تاردیگرادها
این تیم هر تاردیگراد منجمد را بین دو صفحه خازن مدار ابررسانا قرار داد که یک بیت کوانتومی را تشکیل می‌داد. هنگامی که خرس آبی با کیوبیت (به نام کیوبیت B) تماس پیدا کرد، فرکانس تشدید کیوبیت را تغییر داد. سپس آن تاردیگراد که اکنون کیوبیت-هیبرید نام دارد به مدار دوم مجاور (Qubit A) جفت شد، به طوری که دو کیوبیت در هم پیچیده شدند. طی چندین آزمایش که به دنبال آن انجام شد، محققان مشاهده کردند که فرکانس هر دو کیوبیت و تاردیگراد به صورت پشت سر هم تغییر کرده و شبیه یک سیستم درهم تنیده سه بخشی شده است.
هفده روز پس از ورود تاردیگرادها به حالت تون، محققان به آرامی آن‌ها را گرم کردند تا به حالت طبیعی خود احیا شوند. یکی از خرس های آبی به حالت متحرک خود بازگشت، در حالی که دو تای دیگر مردند. محققان ادعا کردند که این بازمانده به طور موثر به اولین حیوان درهم تنیده کوانتومی در تاریخ تبدیل شده است.
این تیم در مقاله خود این گونه نتیجه گرفت: در حالی که ممکن است نتایج فیزیکی انجام شده روی اجسام بی‌جان با نتایج آزمایشات تاردیگرادها مشابه باشد، ما تأکید می‌کنیم که درهم تنیدگی تنها با [یک] ارگانیسم مشاهده می‌شود که عملکرد بیولوژیکی خود را پس از آزمایش حفظ می‌کند. در همان زمان، خرس آبی از شدیدترین و طولانی‌ترین شرایطی که تاکنون در معرض آن قرار گرفته است، جان سالم به در برد.
مخالفان آزمایش درهم تنیدگی خرس آبی
در حالی که این مقاله هنوز توسط سایر محققان مورد بررسی قرار نگرفته، پاسخ‌های اولیه جامعه علمی به آن بسیار مهم بوده است. داگلاس ناتلسون، رئیس دپارتمان فیزیک و نجوم در دانشگاه رایس در تگزاس، در وبلاگ خود نوشت که این آزمایش هرگز نتوانست یک تاردیگراد را با کیوبیت درهم تنیده کند.
ناتلسون نوشت، کاری که تیم تحقیقاتی این آزمایش انجام دادند، در واقع ایجاد وقفه چند روزه در بالای قسمت‌های خازنی یکی از دو کیوبیت جفت شده بود. به طوری که تاردیگرادها را عمدتاً تبدیل به آب (یخ زده) کرده است، و در اینجا مانند دی الکتریک عمل می‌کند و فرکانس تشدید یک کیوبیتی را که روی آن نشسته تغییر می‌دهد…؛ بنابراین این درهم تنیدگی هرگز نمی‌تواند به معنای واقعی آن باشد.
موافقان آزمایش درهم تنیدگی خرس آبی
بن بروبیکر، نویسنده علمی و فیزیکدان سابق یکی از معدود محققانی است که با این موضوع موافق بود.
بروبیکر در توییتی نوشت: کیوبیت یک مدار الکتریکی است و قرار دادن تاردیگراد در کنار آن، تأثیرگذار خواهد بود. به طوری که قرار دادن یک ذره گرد و غبار در کنار کیوبیت نیز اثر مشابهی خواهد داشت.
خواه تاردیگراد از کیوبیت‌هایی که به آن وصل شده بود، “عمل شبح آور” را تجربه کند یا نه، این مطالعه نشان می‌دهد که خرس های آبی حتی از آنچه قبلا تصور می‌شد بادوام‌تر هستند. به همان اندازه که یک تاردیگراد کوانتومی هیجان‌انگیز به نظر می‌رسد، این آزمایش نشان داد که نمونه‌های قدیمی آن‌ها نیز به تنهایی جذاب هستند.
امیدواریم که این مقاله از وبسایت روکیدا برای شما جذاب بوده باشد.
