תיאוריית הקוונטים לא מפסיקה להפתיע
מוזרות קוונטית חדשה התגלתה: בתנאים מסוימים, חלקיק שהגיע לפי תהום, לא יפול מעבר לצוק אלא יתגלגל לאחור. האפקט הוא היפוכה של התופעה הקרויה מנהור קוונטי
מאת: ג'ורג' מסר
אחת ההגדרות השימושיות והטובות למכניקת הקוונטים היא, מדע שבו קורה ההפך הגמור ממה שציפיתם לו. המרחב הריק הוא בעצם מלא, חלקיקים הם גלים, וחתולים יכולים להיות חיים ומתים בעת ובעונה אחת. לאחרונה, חקרה קבוצת פיסיקאים עוד תופעה קוונטית מבלבלת: אם סברתם לתומכם שחלקיק שהתגלגל לאורך שולחן והגיע לקצה, ייפול ממנו – אנו מצטערים לבשר לכם שבתנאים המתאימים, חלקיק קוונטי יישאר על השולחן ויתגלגל לאחור.
האפקט הזה הוא היפוכה של התופעה המפורסמת (אם כי מדהימה לא פחות) המכונה מִנהור קוונטי (Tunneling). אם תבעטו בכדורגל במעלה גבעה, אבל לא מהר מדי, הוא יתגלגל בחזרה. אבל אם תבעטו בחלקיק קוונטי במעלה גבעה באותה מהירות, הוא עשוי להצליח לעבור לצד השני. החלקיק חצה את המכשול באמצעות "מִנהור" (התופעה נקראת כך למרות ששום מנהרה ממשית אינה מעורבת בתהליך). תהליך זה מסביר כיצד חלקיקים יכולים להימלט מגרעין האטום וליצור התפרקות אלפא רדיואקטיבית, ומתבססים עליו גם מכשירים אלקטרוניים רבים.
במִנהור, החלקיק יכול לעשות דבר שכדור לעולם אינו עושה. במקרה ההפוך, החלקיק עשוי לא לעשות דבר שהכדור תמיד עושה. אם אתם בועטים בכדורגל אל עבר שפת צוק, הוא תמיד ייפול ממנו. אבל אם אתם בועטים בחלקיק אל עבר שפת התהום, הוא עשוי לנתר אליכם בחזרה. החלקיק מתנהג כמו אחד מאותם רובוטי צעצוע שמזהים קצה של שולחן או גרם מדרגות ומשנים את כיוון תנועתם, למעט העובדה שלחלקיק אין שום מנגנון פנימי שמאפשר לו לבצע את התעלול. הוא עושה באופן טבעי את ההפך הגמור ממה שהיה אמור לקרות כתוצאה מהכוחות הפועלים עליו. החוקרים העומדים מאחורי הניתוח הפיזיקלי הזה, פדרו ל' גארידו מאוניברסיטת גרנדה בספרד, יאני לוקארינן מאוניברסיטת הלסינקי ושלדון גולדשטיין ורודריך טומולקה, שניהם מאוניברסיטת רטגרס, קוראים לתופעה הזו בשם "אנטי-מִנהור".
לא כל מה שמגיע לקצה הצוק נופל (צילום: Index Open)
הכל בגלל הטבע הגלי של החלקיקים
בשני המקרים, ההסבר טמון בטבע הגלי של החלקיקים, שמשקף בעצם את העובדה שלחלקיק קוונטי באופן כללי אין מיקום חד-משמעי. הגל מתאר את טווח המקומות שבהם אפשר למצוא אותו. הגל הזה מתנהג באופן דומה מאוד לגל רגיל, כגון גל קול. כשגל כלשהו נתקל במחסום שאיננו קשיח לגמרי, חלק מן הגל חודר ונכנס לתוך המחסום, אם כי בעוצמה נמוכה יותר. אם המחסום אינו עבה מדי, הגל עשוי להגיח מחדש מן הצד השני. זו היא המקבילה לתופעת המִנהור.
במקרה של אנטי-מִנהור, המקבילה היא שכל פעם שגל כלשהו נתקל בשינוי פתאומי בתנאים, אפילו אם השינוי אמור להקל על התקדמותו, חלק ממנו מוחזר לאחור. דבר דומה מתרחש כשצוללן מרים את מבטו למעלה ורואה שפני הים מתנהגים כראי. כדי ששינוי התנאים יהיה חד דיו, המרחק שבו משתנים התנאים חייב להיות קצר יותר מאורך הגל (במקרה של החלקיק, הגודל הזה קשור לתנע שלו). אם השינוי הדרגתי מדי, ימשיך הגל בדרכו, והחלקיק יתנהג בסופו של דבר כמו כדורגל.
גארידו ועמיתיו הריצו ניתוח נומרי כדי לבטל את האפשרות שהתופעה היא תוצר של הנחות מקורבות. הם גם חישבו כמה זמן תהיה לחלקיק נטייה להתגלגל על פני השולחן לפני שייפול: ככל שהשולחן גבוה יותר, יידרש לכך יותר זמן. דייוויד גריפיתס ממכללת ריד, שחיבר ספר לימוד נפוץ למבוא למכניקת הקוונטים (ובמהדורה השנייה שלו אפשר למצוא גרסה של אנטי-מִנהור כתרגיל לסטודנטים), קורא לכך "פרדוקס מתוק מאוד". הפיסיקאי פרנק וילצ'ק מן המכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT) אומר ש"הניתוח הזה ניצב על בסיס איתן, והוא מצביע על תופעה מעניינת שלא הייתי מודע לה עד עכשיו".
יהיה אפשר להשתמש באנטי-מִנהור כדי לבנות מלכודות חלקיקים במעבדה, לתאר התפרקות גרעינית או לחקור מכניקה קוונטית בסיסית, אבל הוא שובה את הלב בעיקר מכיוון שהוא מזכיר לנו שהתיאוריה שמלאו לה כמעט מאה שנה, עדיין לא איבדה ולו שמץ מכושר ההפתעה שלה.
הכתבה התפרסמה בגיליון פברואר של "סיינטיפיק אמריקן "
לפנייה לכתב/ת 
