دورة حدية كمومية: كيف يولّد الضجيج النظام

‹›

حريق غابة يطفئ نفسه ويشعلها من جديد: هكذا تبدو الدورة الحدية الكمومية التي كشف عنها نموذج نظري جديد. في نظام كمومي مفتوح، حيث تتبادل الجسيمات الطاقة مع المحيط باستمرار، لا تنشأ التذبذبات الدورية على الرغم من الضجيج، بل بفضله. يشبه الأمر بندولًا يُدفع في اللحظة المناسبة، إلا أن الدفعات هنا تصنعها المنظومة نفسها.

درس المؤلفون شبيكة من ذرات ريبرغ، وهي جسيمات يُقذف فيها الإلكترون بعيدًا عن النواة فيصبح شديد الحساسية لجيرانه. في هذا النموذج «تُعدي» الجسيمات النشطة جيرانها، كما تشعل الشرارات الغابة. وعندما تبلغ النشاط ذروته يُشتغَّل механизм يخمد الحريق: تنتقل المنظومة إلى حالة ماصّة تكون فيها كل الجسيمات غير نشطة. لكن التغذية الراجعة البطيئة ترفع الكثافة من جديد، فتتكرر الدورة.

أظهرت المحاكاات العددية أن الدورة مستقرة: مضاعف فلوكيه (Floquet multiplier) للنمط الصفري سالب، والارتباطات تبقى منتهية. ولا تنشأ الارتباطات بعيدة المدى إلا في لحظة الانتقال وتتلاشى بعده. أما إنتاج الإنتروبيا، وهو مقياس اللاعكوسية في العملية، فينمو على شكل درجات: يكاد لا يتغير في الطور الماصّ، ويزداد قفزة عند كل انتقال.

كان من غير الواضح سابقًا هل يمكن أن تنشأ في الأنظمة الكمومية المفتوحة تذبذبات ذاتية الاستدامة مصحوبة بارتباطات بعيدة المدى دون نظام مكاني ساكن. وقد تبيّن الآن أن الدورة الحدية تنشأ من المرور المتكرر عبر نقطة التشعّب، حيث تتباعد القابلية فتولّد دفعات من الارتباطات والإنتروبيا. وبنى المؤلفون نموذجًا بتغذية راجعة بطيئة حسب الكثافة الكلية، تجعل المنظومة تعبر دوريًا حلقة تخلف من النوع الأول.

قد يكون للتطبيق العملي أثر في صنع مولّدات كمومية للإشارات الدورية، وفي الإنذار المبكر بالانتقالات الحرجة في الأنظمة الكمومية اللاتوازنية. وتبيّن أن حريق الغابة الذي يطفئ نفسه ويشعلها ليس مجرد استعارة جميلة، بل وصف دقيق لكيفية ولادة النظام من رحم الضجيج.