Το πεδίο που δεν υπάρχει

Η επόμενη κβαντομηχανική παραξενιά θεωρείται ότι είναι μία από τις λιγότερο γνωστές στον κόσμο, αλλά μερικοί λένε ότι έχει μεγάλη σημασία για να βρεθεί μια βιώσιμη εξήγηση για το πώς λειτουργεί η ραδιονική (που δουλεύει με την ραβδοσκοπία!).

Στο φαινόμενο Aharonov-Bohm, όπως είναι γνωστό, ένα ηλεκτρικά φορτισμένο σωματίδιο δείχνει μια μετρήσιμη αλληλεπίδραση με ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο παρά το γεγονός ότι αυτό περιορίζεται σε μια περιοχή στην...
οποία τόσο το μαγνητικό πεδίο Β όσο και το ηλεκτρικό πεδίο Ε είναι μηδέν.

Εδώ λοιπόν έχουμε ένα πολύ παράξενο φαινόμενο της κβαντομηχανικής.

Πάρτε λοιπόν ένα μαγνήτη σχήματος ντόνατ και τυλίξτε μια μεταλλική ασπίδα γύρω στο εσωτερικό του άκρο, έτσι ώστε να μην μπορεί να διαρρεύσει κανένα μαγνητικό πεδίο μέσα στην τρύπα. Τότε πυροδοτείστε ένα ηλεκτρόνιο μέσα από την τρύπα. Αφού δεν υπάρχει κανένα πεδίο στην τρύπα, θα ήταν λογικό να θεωρούμε ότι το ηλεκτρόνιο θα δράσει ως εάν να μην υπάρχει πεδίο γύρω του, έτσι δεν είναι ; Κάνετε λάθος.

Το κύμα το συνδεδεμένο με την κίνηση του ηλεκτρονίου αντιλαμβάνεται ένα ξαφνικό εμπόδιο σαν να υπήρχε κάτι εκεί. Οι Werner Ehrenberg και Raymond Siday ήταν οι πρώτοι που παρατήρησαν πως αυτή η συμπεριφορά κρύβεται στην εξίσωση Schrodinger (δείτε 2η παραξενιά της κβαντομηχανικής: Το κβαντικό φαινόμενο Άμλετ).

Το φαινόμενο το περιέγραψαν οι πιο πάνω φυσικοί για πρώτη φορά το 1949, αλλά το αποτέλεσμά τους παρέμεινε απαρατήρητο. Δέκα χρόνια αργότερα οι Yakir Aharonov και David Bohm, που εργάζονταν τότε στο Πανεπιστήμιο του Μπρίστολ, ανακάλυψαν εκ νέου το φαινόμενο.

Τι λοιπόν συμβαίνει; Το φαινόμενο Aharonov-Bohm είναι απόδειξη ότι υπάρχει κάτι περισσότερο με τα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία απ ότι γενικά υποθέτουμε. Δεν μπορείτε να υπολογίσει το μέγεθος της επίδρασης πάνω σε ένα σωματίδιο εξετάζοντας μόνο τις ιδιότητες των ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων, όπου βρίσκεται το σωματίδιο. Θα πρέπει επίσης να ληφθούν υπόψη και οι ιδιότητες μέσα στις οποίες αυτό δεν είναι.

Ψάχνοντας για μια εξήγηση, οι φυσικοί αποφάσισαν να ρίξουν μια ματιά σε μια ιδιότητα του μαγνητικού πεδίου, γνωστή ως διανυσματικό δυναμικό. Για μεγάλο χρονικό διάστημα, τα διανυσματικά δυναμικά θεωρήθηκαν απλώς πρακτικά μαθηματικά εργαλεία – κάποιες ηλεκτρικές και μαγνητικές ιδιότητες που δεν έχουν κανένα πραγματικό αντίκρισμα στον πραγματικό κόσμο Όπως όμως αποδεικνύεται, τα διανυσματικά δυναμικά περιγράφουν κάτι που είναι στην πράξη πολύ πραγματικό.

Το φαινόμενο Aharonov-Bohm έδειξε ότι το διανυσματικό δυναμικό κάνει ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο να είναι κάτι περισσότερο από το άθροισμα των μερών του. Ακόμα και όταν δεν υπάρχει πεδίο, το διανυσματικό δυναμικό εξακολουθεί να ασκεί μια επίδραση.

Αυτή η επίδραση παρατηρήθηκε αναμφίβολα για πρώτη φορά το 1986, όταν ο Akira Tonomura και οι συνεργάτες του στα εργαστήρια της Hitachi, μέτρησαν ένα “στοιχειωμένο ηλεκτρικό τράνταγμα”. Αν και απέχει πολύ από τα καθημερινά φαινόμενο, το φαινόμενο Aharonov-Bohm μπορεί να αποδειχθεί ότι έχει χρήσεις και στον πραγματικό κόσμο – σε μαγνητικούς αισθητήρες, για παράδειγμα, ή σε πυκνωτές ευαίσθητους σε πεδία ή και σε buffer αποθήκευσης δεδομένων για υπολογιστές.

(από physics4u)