כוחות משיכה קוונטיים

 

הרִיק (ואקום) אינו רֵיק. למעשה, הוא מעין "מרק מבעבע" של חלקיקים בעלי קיום רגעי בלבד, ובשל כך הם מכונים "מדומים" (וירטואליים). חלקיקים אלה מופיעים ונעלמים באקראי, בחלל הריק, תופעה המכונה "תנודות ואקום". בעולם הקוונטי, המיקרוסקופי, גם אם הטמפרטורה קרובה מאוד לאפס המוחלט, ובהעדר קרינה אלקטרומגנטית, עדיין קיימות תנודות קוונטיות של השדה האלקטרומגנטי. זאת, בניגוד לעולם הקלאסי, המאקרוסקופי, שבו הרִיק הוא חלל "קפוא" וחסר תנודות.

 

"המרק המבעבע" של החלקיקים המדומים נוצר כתוצאה משינויים קוונטיים זעירים באנרגיה, היוצרים אי-אחידות במרחב ובזמן. כך, שני אטומים הקרובים מאוד זה לזה יכולים לשנות את הריק המקומי ביניהם, ולגרום לתנודות הריק באמצעות חלקיקי אור (פוטונים) מדומים. תנודות אלה עשויות לגרום תופעה הנראית כמעין כוח משיכה בין האטומים, המכונה כוח ואן דר ואלס. אם האטומים מרוחקים יותר זה מזה, כוח המשיכה הנובע מתנודות הריק קרוי כוח קזימיר. אולם, כוחות ריק אלה חלשים מאוד, וקשה למדוד אותם. חולשתם נובעת במידת-מה מהעובדה שפוטון מדומה עשוי להיפלט מאטום אחד לכל כיוון, וסיכוייו של האטום האחר לספוג אותו הם קטנים מאוד.

 

פרופ' גרשון קוריצקי ותלמיד המחקר אפרים שחמון, מהמחלקה לפיסיקה כימית במכון ויצמן למדע, בשיתוף עם ד"ר איגור מאזטס מהאוניברסיטה הטכנולוגית של וינה, הציעו שיטה תיאורטית להגברת כוחות הריק בסדרי גודל רבים, באמצעות "כליאה" של הפוטונים המדומים במוליך חשמלי חד-ממדי. הגבלת התנועה למימד אחד "מאלצת" את הפוטון שנפלט מאטום אחד לנוע לעבר האטום הסמוך לו ולהיבלע שם, וחוזר חלילה. הסיכוי של כל שלב בתהליך זה להתרחש במערכת החד-ממדית גבוה בהרבה מהסיכוי שהוא יתחולל במרחב פתוח. במאמר שפורסם בכתב-העת המדעי "רשומות האקדמיה הלאומית למדעים של ארצות הברית" (PNAS), הציגו המדענים חישוב המראה כיצד יושפעו כוחות הריק בין אטומים המקוררים לטמפרטורות נמוכות מאוד, כאשר הם ממוקמים בקירבת מוליך חשמלי. מחישובים אלה עולה, כי במערכת חד-ממדית זו יהיה כוח המשיכה בין האטומים, הנובע מתנודות הריק, חזק בסדרי גודל רבים בהשוואה לכוח שפועל במרחב פתוח (תלת-ממדי). במובן מסוים, זהו "דבק" קוונטי מחוזק בין אטומים.

 

המדענים סבורים, כי מחקר זה עשוי לסייע להבין טוב יותר את כוחות המשיכה בין חלקיקים בריק הנובעים מתכונות קוונטיות. בעתיד הרחוק יותר עשוי המחקר לתרום לפיתוח יישומים טכנולוגיים קוונטיים, כגון חישה של אטומים ומולקולות ברגישות גבוהה מהמקובל כיום, וכן פיתוח חומרים חדשניים בעלי תכונות מהונדסות שיתבססו על "דבק" קוונטי מחוזק בין מרכיביו המיקרוסקופיים.