دانشمندان همواره به رکورد شکنی علاقه فراوانی نشان داده‌اند، به این معنی که در حیطه‌ی سریعترین، آهسته‌ترین، با کمترین احتمال و با بیشترین میزان دیده شدن فعالیت می‌کنند. در واقع قسمت اعظم علم ممکن است شبیه به جستجویی جهت یافتن گرم‌ترین، سردترین، نزدیکترین، دورترین، بزرگترین یا کوچکترین شیء یا اطلاع از نحوه عملکرد قانون طبیعت برای بزرگترین یا کوچکترین چیزها به نظر آید.

اما در این مقاله رکورد جدیدی را معرفی می‌کنیم که احتمالاً هرگز انتظار دیدن آن را نداشته‌اید: تیمی از دانشمندان طرحی از کوچکترین یخچال ممکن را ارائه کرده‌اند. چنانچه این یخچال ساخته شود، بسیار کوچکتر از انواع آشپزخانه‌ای خواهد بود. به طوری که می‌توان آن را یخچال کوانتومی نامید.
این یخچال به قدری کوچک است که ما قادر به دیدن آن حتی با میکروسکوپهای معمولی نخواهیم بود.
این یخچال به قدری کوچک است که ما قادر به دیدن آن حتی با میکروسکوپهای معمولی نخواهیم بود. این بدان معناست که یخچال مورد نظر جهت خنک ساختن اقلامی همچون شیر شکلاتی، پیتزا و سایر مواد غذایی کاربردی نخواهد داشت، اما طراحان آن عنوان می‌کنند که این یخچال می‌تواند کاربردهای دیگری همچون ساخت کامپیوترهایی با سرعت بیشتر و نیز محاسبات کوانتومی داشته باشد.
در حقیقت هیچ یخچالی نمی‌تواند بدون یک منبع انرژی به کار انداخته شوداین دانشمندان به نحوه استفاده و کاربرد این یخچال بسیار کوچک فکر نکرده‌اند. آنها تنها در این فکر بوده‌اند که موفق به ساخت چنین شیء بسیار کوچکی شوند. و نیز می‌خواستند ببینند آیا چنین اشیاء کوچکی می‌توانند به همان شیوه‌ی نمونه‌های بزرگتر آن مانند یخچال، گرما را انتقال دهند. در حقیقت هیچ یخچالی نمی‌تواند بدون یک منبع انرژی به کار انداخته شود اما این یخچال کاملاً بی‌نیاز از دستگاه‌های کمکی است بدان معنا که هیچ منبع خارجی جهت به کار انداختن آن نیاز نیست. آنها برای این کار از شاخه‌ای در فیزیک تحت عنوان ترمودینامیک استفاده می‌کنند. در این شاخه دانشمندان به مطالعه گرما و سایر انواع انرژی می‌پردازند.

ساندو پاپسکو (Sandu Popescu‎)، پُل اسکرزیپسایک (Paul Skrzypczyk‎) و نواه لیندن (Noah Linden‎) سه نفر از دانشمندانی  هستند که در حال کار بر روی این پروژه هستند. به گفته لیندن در نشریه ساینس نیوز (اخبار علمی): «ما معتقدیم که این طرح، کوچکترین  وسیله دارای شرایط مورد قبول است که می‌توانید آن را یخچال بنامید». این سه محقق همگی در دانشگاه بریستول واقع در انگلستان مشغول به کار هستند.

علم فیزیک برای اجسام قابل مشاهده مانند توپ بیسبال از قوانینی خاص پیروی می‌کند. در صورتی که به توپ ضربه بزنید، از شما فاصله گرفته و دور می‌شود. در صورتی که دو توپ بیسبال در اختیار داشته باشید و به یکی از آنها ضربه بزنید، توپِ دیگر حرکت نخواهد کرد. و چنانچه به توپ دوم ضربه بزنید، توپ اول تکان نخواهد خورد. و قطعاً توپ‌های بیسبال با یکدیگر صحبت نمی‌کنند.

طبیعت برای ذرات بسیار کوچک مورد مطالعه در شاخه‌ای تحقیقاتی تحت عنوان مکانیک کوانتومی، به صورت عجیب و غیر قابل باور عمل می‌کند. گاهی اوقات ذرات کوچک به گونه‌ای رفتار می‌کنند که گویی با یکدیگر در حال صحبت هستند حتی اگر نزدیک به یکدیگر نباشند. به عنوان مثال چنانچه یکی از این ذرات را متوقف ساخته و بخواهید آن را مورد سنجش قرار دهید، ذره دیگر ممکن است به گونه‌ای عمل کند که او نیز متوقف شده و آماده ارزیابی است.

هنگامی که ذرات به این صورت با یکدیگر «صحبت» می‌کنند، گفته می‌شود که از «همبستگی» برخوردار شده‌اند.

این یخچال کوچک با استفاده از سه ذره همبسته کار می‌کند. این ذرات «کوبیت یا کوبیتس» (کوانتوم بیت) نامیده می‌شوند. این ذرات کوانتومی می‌توانند یون، اتم یا ذرات بنیادی اتم باشند. به منظور درک نحوه عملکرد آنها، تصور کنید که در حال انجام نوعی بازی تحت عنوان «یخچال کوبیت» با دو نفر از دوستانتان هستید. اجازه دهید این دو دوست را آلیس و سام بنامیم. هدف از این بازی سرد کردن شما است.

در آغاز مسابقه، هریک از شما چند کت به تن دارید. این بازی سه قانون دارد: 1- در صورتی که آلیس گرمش شد، یکی از کتهای خود را به سام می‌دهد. 2- چنانچه آلیس کتی را به سام داد، شما مجبورید به طور همزمان یک کت به سام بدهید. 3- اگر سام گرمش شد، او کتهای اضافی خود را به روی زمین می‌اندازد.

به آلیس کت‌های بیشتری داده می‌شود تا به تن کند و هرچه کت‌های اضافی بیشتری به آلیس داده شود، به همان اندازه نیز او آنها را به سام خواهد داد. این بدان معناست که شما نیز مجبورید کت‌های بیشتری به سام بدهید. و از آنجا که شما کت‌های خود را از دست می‌دهید، بیشتر سردتان خواهد شد. هرچه بیشتر به آلیس کت برسد، بیشتر به سام داده و شما نیز کت بیشتری به سام می‌دهید و در نتیجه سردتر خواهید شد. این بازی همانند دستگاهی عمل می‌کند که شما را خنک‌تر می‌سازد!

این شاید عجیب‌ترین بازی علمی باشد که تاکنون انجام داده‌اید، اما این بازی به یک ویژگی ترمودینامیکی شباهت داشته و نحوه عملکرد یخچال خانه شما را توضیح می‌دهد. یخچال خانه شما بایستی سردتر از هوای اطراف آن باشد. اما معمولاً گرما از مکان گرمتر به مکان سردتر جریان می‌یابد ـ بنابراین گرما قاعدتاً بایستی تمام مدت یخچال شما را گرم سازد. اما چنانچه شما یا یخچالتان بر روی هوای بیرون کار کنید، امکان خنک نگاه داشتن هوای درون وجود دارد.  این ایده که می‌توانید با استفاده از چنین روشی جسمی را سرد نگاه دارید همچنین به توضیح نحوه کارکرد یخچال بسیار کوچک این دانشمندان کمک می‌کند. در خصوص «یخچال کوبیت» نیز بدین ترتیب است که وقتی شخصی کتها را به آلیس می‌دهد، کار انجام می‌پذیرد.

اکنون نحوه ارتباط این بازی با کار این دانشمندان را توضیح می‌دهیم: بجای شما و دو دوست‌تان یعنی بازیکنان موجود، ذرات بسیار کوچکی تحت عنوان کوبیت در این یخچال بسیار کوچک، ایفاگر نقش هستند. و بجای بخشیدن کت‌ها، دو کوبیت که همان شما و آلیس هستند در واقع گرما را به کوبیت سوم که همان سام باشد، می‌بخشند. هراندازه آلیس بیشتر گرمش باشد، به همان اندازه نیز شما خنک‌تر خواهید شد.

پژوهشگران دریافتند که هر اندازه کوبیت یعنی آلیس گرم‌تر شود، یخچال خنک‌تر خواهد شد و تا زمانی که گرمای این کوبیت (آلیس) حفظ شود، یخچال کوانتومی به کار خود ادامه خواهد داد.
این یخچال بسیار کوچک در حال حاضر تنها یک ایده بوده و دانشمندان تنها این دستگاه را طراحی کرده‌اند. در واقع آنها هنوز موفق به ساخت یکی از این یخچالها نشده‌اند. به گفته لیندن در نشریه ساینس نیوز: «قصد نداریم ادعا کنیم از محل و نقطه رخ دادن این اتفاق اطلاع داریم».
مترجم: رزیتا ملکی‌زاده
برگرفته از سایت sciencenewsforstudents