ثبت نخستین تصویر از اتم های برد آزاد
به گزارش بیست و یکم، دانشمندان موسسه فناوری ماساچوست(MIT) موفق به صبت نخستین تصویر از اتم های بُرد آزاد(free-range) شده اند که می تواند به تجسم پدیده های کوانتومی کمک نماید. این تصاویر با استفاده از متد جدیدی گرفته شده اند که ابری از اتم ها را قادر می سازد آزادانه در فضا حرکت کنند و برهم کنش داشته باشند.
به گزارش بیست و یکم به نقل از ایسنا، دانشمندان مؤسسه فناوری ماساچوست(MIT) در ایالات متحده بعد از ثبت نخستین تصاویر از اتم های منفرد که آزادانه در فضا برهم کنش دارند، به موفقیت پیشگامانه دیگری دست یافته اند.
این تصاویر که برهمکنش های بین ذرات «بُرد آزاد» را نشان می دهند که تا حالا فقط نظریه پردازی شده بودند، به دانشمندان اجازه می دهد تا بطور مستقیم پدیده های کوانتومی را در فضای واقعی ببینند.
این تیم به رهبری مارتین زویرلین(Martin Zwierlein)، فیزیکدان MIT و نویسنده اصلی این مطالعه برای گرفتن تصاویر دقیق از فعل و انفعالات اتمی، روش تازه ای را توسعه دادند که به اتم ها اجازه می دهد پیش از انجماد کوتاه و درخشش آنها برای ثبت موقعیت خود، آزادانه حرکت کنند.
این تیم از این تکنیک برای مشاهده ابرهایی با انواع اتم های مختلف بهره برد و برای نخستین بار چندین تصویر پیشگامانه را ثبت نمود.
زویرلین اظهار داشت: ما می توانیم تک اتم ها را در این ابرهای جالب از اتم ها و آن چه که آنها در ارتباط با یکدیگر انجام می دهند، ببینیم که بسیار زیباست.
کاوش در ابر اتمی
اتم ها یکی از ریزترین اجزای سازنده کیهان هستند که هر کدام فقط یک دهم نانومتر عرض دارند یا حدودا یک میلیون بار نازکتر از یک تار موی انسان هستند. آنها علاوه بر این از قوانین عجیب مکانیک کوانتومی پیروی می کنند که مشاهده و درک رفتار آنها را بسیار دشوار می کند.
شناخت موقعیت دقیق اتم و سرعت آن بطور همزمان نا ممکن است که یک اصل اساسی از فیزیک کوانتومی به نام «اصل عدم قطعیت هایزنبرگ» را تعریف می کند.
این عدم قطعیت مدت هاست که دانشمندانی را که تلاش می کنند رفتار اتمی را مستقیماً ببینند، به چالش کشیده است. با این وجود، روش های تصویربرداری سنتی مانند تصویربرداری جذبی، تنها یک نمای تار ارائه می دهند و شکل کلی یک ابر اتمی را ثبت می کنند، اما نه خود اتم ها.
حال پژوهشگران برای غلبه بر این چالش، رویکرد جدیدی به نام «میکروسکوپ حل شده اتمی» ابداع کردند که با اجازه دادن به ابری از اتم ها برای حرکت و تعامل آزادانه در یک تله لیزری آغاز می شود.
سپس پژوهشگران شبکه ای از نور را روشن می کنند تا اتم ها را در جای خود منجمد کند و از یک لیزر تنظیم شده برای روشن کردن اتم ها بهره می گیرد و موجب تابش فلورسانس اتم ها می شود، حالتی که یک اتم یا مولکول ها بوسیله آرامش ارتعاشی بعد از برانگیختگی الکتریکی به حالت اولیه خود شل می شوند و موقعیت دقیق خودرا نشان می دهند.
گرفتن این نور بدون ایجاد مزاحمت در این سامانه ظریف، کار کوچکی نبود.
بگفته زویرلین، چیزی که واقعا این تکنیک را قویتر از روش های قبلی می کند، این است که نخستین بار است که آنها آنرا در محلی با انجماد حرکت اتم ها در صورتیکه به شدت برهم کنش می کنند و آنها را یکی بعد از دیگری مشاهده می کنند، انجام می دهند.
عکس های فوری کوانتومی
زویرلین و همکارانش از روش تصویربرداری جدید خود برای ثبت برهمکنش های کوانتومی بین دو نوع بنیادی ذره موسوم به بوزون ها و فرمیون ها استفاده کردند.
بوزون ها همچون فوتون ها، گلوئون ها، بوزون-هیگز و بوزون های W و Z که تمایل به جذب دارند، در ابری از اتم های سدیم در دماهای پایین جمع شده اند و یک میعان بوز-اینشتین(BEC) را می سازند که در آن همه ذرات حالت کوانتومی یکسانی دارند.
این پیش بینی طولانی مدت مبتنی بر نظریه «لوئیس دو بروگل»( Louis de Broglie) را تأیید کرد که دسته بندی بوزون نتیجه مستقیم توانایی آنها در به اشتراک گذاشتن یک موج کوانتومی است. فرضیه ای که به عنوان «موج دو بروگل» شناخته می شود که به ظهور مکانیک کوانتومی مدرن کمک کرد.
رویرلین گفت: ما از این طبیعت موج مانند چیزهای بیشتری در مورد جهان درک می نماییم، اما مشاهده این اثرات کوانتومی و موج مانند واقعا دشوار است. با این وجود، ما با میکروسکوپ جدید خود می توانیم این موج را مستقیماً نظاره نماییم.
پژوهشگران همین طور از ابری با دو نوع اتم لیتیوم تصویربرداری کردند که هر کدام فرمیونی هستند که بطور معمول اتم های دیگر را از خود دفع می کند، اما می تواند به شدت با انواع فرمیون های خاص دیگر تعامل داشته باشد. آنها سپس جفت شدن این فرمیون های متضاد را ضبط کردند و مکانیزم کلیدی در پشت ابررسانایی را آشکار کردند.
آنها حال قصد دارند این تکنیک را برای کشف حالات کوانتومی پیچیده تر و کمتر مورد بررسی قرار گرفته، همچون رفتارهای گیج کننده ای که در فیزیک هال کوانتومی مشاهده می شود، بسنجند. اینها شامل سناریوهایی است که در آن الکترون های برهم کنشی، رفتارهای همبسته غیرعادی را تحت تأثیر میدان مغناطیسی از خود نشان می دهند.
زویرلین در یک بیانیه مطبوعاتی نتیجه گیری کرد: حال می توانیم بررسی نماییم که آیا این حالت های کوانتومی هال واقعی هستند یا خیر، برای اینکه آنها حالت های بسیار عجیبی هستند.
این مطالعه در مجله Physical Review Letters انتشار یافته است.
این مطلب بیست و یکم را می پسندید؟
(0)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب