ساخت سردترین ماده دنیا با استفاده از لیزر - تور ارمنستان ارزان

در آزمایشگاهی در کیوتوی ژاپن، محققان در حال کار روی آزمایش های بسیار جالبی هستند. تیمی از دانشمندان دانشگاه کیوتو و دانشگاه رایس در هیوستون تگزاس، ماده را تا حدود یک میلیاردم درجه صفر مطلق (دمای زمانی که تمام حرکت متوقف می گردد) سرد و آن را به سردترین ماده در کل کیهان تبدیل نموده اند. به گفته دانشگاه رایس، این مطالعه دریچه ای را به قلمروی ناشناخته مغناطیس کوانتومی باز می نماید.

کادن هازارد، استاد دانشگاه رایس، نویسنده تئوری مربوطه این مطالعه و عضو این پژوهش، گفت: مگر اینکه تمدن بیگانه در حال حاضر آزمایش هایی مانند این انجام دهد، هر زمان که این آزمایش در دانشگاه کیوتو اجرا می گردد، سردترین فرمیون های دنیا را می سازد. فرمیون ها ذرات کمیاب نیستند. آن ها شامل چیز هایی مانند الکترون هستند و یکی از دو نوع ذره ای هستند که همه مواد از آن ها ساخته شده اند.

تیم کیوتو به سرپرستی نویسنده مطالعه یوشیرو تاکاهاشی از لیزر برای خنک کردن فرمیون ها (یا ذراتی مانند پروتون ها، نوترون ها و الکترون هایی که عدد کوانتومی اسپین آن ها نصف عدد صحیحی مانند 1/2 یا 3/2 است) از اتم های ایتربیوم تا حدود یک استفاده کردند. میلیاردم درجه صفر مطلق تقریبا 3 میلیارد بار سردتر از فضای بین ستاره ای است. این ناحیه از فضا هنوز به وسیله پس زمینه مایکروویو کیهانی (CMB) یا پس تابش تشعشعات بیگ بنگ در حدود 13.7 میلیارد سال پیش گرم می گردد. سردترین منطقه شناخته شده فضا، سحابی بومرنگ است که دمای آن یک درجه بالاتر از صفر مطلق است و 3000 سال نوری از زمین فاصله دارد.

درست مانند الکترون ها و فوتون ها، اتم ها تابع قوانین دینامیک کوانتومی هستند، اما رفتار های کوانتومی آن ها تنها زمانی قابل توجه می شوند که تا کسری از درجه صفر مطلق سرد شوند. بیش از 25 سال است که از لیزر برای خنک کردن اتم ها برای مطالعه خواص کوانتومی اتم های فوق سرد استفاده می گردد.

هازارد می گوید: بازده این سرماخوردگی این است که فیزیک واقعا تغییر می نماید. فیزیک آغاز به مکانیک کوانتومی تر شدن می نماید و به شما امکان می دهد پدیده های نوی را ببینید.

در این آزمایش، از لیزر برای خنک کردن ماده با توقف حرکت 300000 اتم ایتربیوم در یک شبکه نوری استفاده شد. این مدل هوبارد را شبیه سازی می نماید، یک فیزیک کوانتومی که اولین بار به وسیله فیزیکدان نظری جان هوبارد در سال 1963 ارائه شد.

این مدل به اتم ها اجازه می دهد تا ویژگی های کوانتومی غیرمعمول خود را نشان دهند که شامل رفتار جمعی بین الکترون ها کمی شبیه گروهی از هوادارانی است که در یک بازی فوتبال حرکت موج را انجام می دهند.

هازارد می گوید: دماسنجی که آن ها در کیوتو استفاده می نمایند، یکی از موارد مهمی است که به وسیله نظریه ما ارائه شده است. با مقایسه میزان گیری های آن ها با محاسبات ما، می توانیم دما را مشخص کنیم. دمای ثبت شده به لطف فیزیک نو سرگرم نماینده که با تقارن بسیار بالای سیستم ارتباط دارد به دست می آید.

یکی از نویسندگان مطالعه افزود: هدف مدل هوبارد این است که مواد اولیه مورد احتیاج برای چیزی که یک ماده جامد را به فلز، عایق، آهنربا یا ابررسانا تبدیل می نماید، به دست آورد. یکی از سؤالات جالبی که آزمایش ها می توانند آنالیز نمایند، نقش تقارن است. داشتن قابلیت مهندسی آن در آزمایشگاه فوق العاده است. اگر بتوانیم این را بفهمیم، ممکن است ما را به سمت ساخت مواد واقعی با خواص نو و دلخواه هدایت کند.

این تیم در حال حاضر روی توسعه اولین ابزاری کار می نماید که قادر به میزان گیری رفتاری است که یک میلیاردم درجه بالاتر از صفر مطلق است.

هازارد معتقد است: این سیستم ها بسیار عجیب و غریب و خاص هستند، اما امید این است که با مطالعه و درک آن ها، بتوان اجزای اصلی را که باید در مواد واقعی وجود داشته باشند، شناسایی کرد.

بیشتر بخوانید

منبع: popsci

خبرنگاران فضای مجازی دریچه فناوری