Real Time Web Analytics اندازه گیری زمان بدون ساعت : وقتی طیف سنجی، نقش ساعت را بازی می‌کند! | دیپ لوک

اندازه گیری زمان بدون ساعت : وقتی طیف سنجی، نقش ساعت را بازی می‌کند!

0

دانشمندان موسسه EPFL سوییس، در پژوهش جالبی توانستند زمان را بدون استفاده از ساعت، اندازه گیری کنند. اندازه گیری زمان بدون ساعت برای تحقیقات بنیادی و فناوری‌های پیشرفته، پیامدهای مهمی دارد. نتیجه این پژوهش در مجله Physical Review Letters منتشر شده است. با دیپ لوک همراه باشید…

تاباندن نور به نوع خاصی از مواد، باعث خروج الکترون از آنها می‌شود. این اثر که در سال ۱۹۰۵ توسط آلبرت اینشتین توضیح داده شده و جایزه ی نوبل را برای او به ارمغان آورد، ” گسیل نوری ” نام دارد. با پیشرفت فناوری لیزر در چند سال اخیر، دانشمندان توانستند به مقیاس زمانی گسیل نوری فوق العاده کوتاه، نزدیک شوند. حالا محققان EPFL موفق به تشخیص تأخیر یک میلیاردم یک میلیاردم یک ثانیه شدند. آنها اینکار را با اندازه گیری اسپین الکترونهای گسیل شده و بدون احتیاج به پالسهای لیزری فوق کوتاه انجام دادند.

گسیل نوری

گسیل نوری با ایجاد بستری برای پیشرفته‌ترین روشهای طیف سنجی، به دانشمندان اجازه می‌دهد تا ویژگی‌های الکترونها را در یک جامد مطالعه کنند. یکی از این ویژگی‌ها، اسپین است. اسپین، یک ویژگی ذاتی ذرات کوانتومی است که در خام‌ترین حالت (و البته غیرواقعی) به صورت چرخش الکترون‌ها به دور خودشان تصور می‌شود. الکترون‌ها دارای یکی از دو مقدار اسپین ½+ یا ½- هستند؛ بنابراین در صورتی که تعداد الکترون‌های با اسپین مثبت با تعداد الکترون‌های با اسپین منفی، برابر باشد، اسپین کل صفر می‌شود. اما همیشه تعداد الکترون‌های با اسپین مخالف، برابر نبوده و در نتیجه اسپین کل، صفر نیست که به آن، قطبش اسپین می‌گویند. ویژگی‌های مغناطیسی جالب در موادی نظیر آهن، ناشی از قطبش اسپین است.

اگرچه در استفاده از گسیل نوری و قطبش اسپین الکترونهای گسیل شده، پیشرفتهای چشمگیری رخ داده، اما در مورد مقیاس زمانی چنین فرایندهایی، هنوز نادانسته‌های زیادی وجود دارد. فرض متداول این است که وقتی نور به ماده می‌رسد، الکترونها بلافاصله برانگیخته و گسیل می‌شوند. ولی مطالعات اخیر با استفاده از فناوری پیشرفته لیزر نشان داده‌اند که در واقع یک تأخیر زمانی در مقیاس اتوثانیه (برابر با ۱۸-۱۰ ثانیه) وجود دارد!

اندازه گیری زمان بدون ساعت

محققان نشان دادند که در مدت گسیل نوری، قطبش اسپینی الکترونهای گسیل شده می‌تواند به تأخیرهای زمانی اتوثانیه‌‌ای مربوط باشد. نکته‌ی مهم اینجاست که آنها بدون نیاز به هیچ تفکیک‌پذیری یا اندازه گیری زمانی و در واقع بدون نیاز به ساعت، به این مهم دست یافتند. دانشمندان برای اندازه گیری اسپین الکترونهای گسیل شده از یک بلور مس، از نوعی طیف‌سنجی گسیل نوری (SARPES) استفاده کردند. آنها می‌گویند:

شما با لیزر می‌توانید تأخیر زمانی بین دو فرایند مختلف را به‌طور مستقیم، اندازه بگیرید؛ اما تعیین زمان شروع یک فرایند، یعنی زمان صفر، مشکل است. ما در این آزمایش، زمان را به‌طور غیرمستقیم، اندازه گرفتیم، بنابراین این مشکل را نداشتیم! ما توانستیم به یکی از کوچکترین مقیاسهای زمانی که تاکنون اندازه گیری شده، دست یابیم. دو روش اسپین و لیزر، مکمل یکدیگر بوده و می‌توانند اطلاعات کاملا بدیعی، بدست دهند.

اطلاعات در مورد مقیاس زمانی گسیل نوری، در تابع موج الکترونهای گسیل‌شده، نهفته است: یک توصیف کوانتومی از اینکه هر الکترون دلخواه در هر زمان داده شده، در کجا قرار دارد. دانشمندان با استفاده از SAPRES، می‌توانند اسپین الکترونها و در نتیجه ویژگیهای تابع موج را بدست آورند. آنها می‌گویند:

این کار اثبات یک اصل است که می‌تواند منجر به تحقیقات بنیادی‌تری شود. این پژوهش، به ذات بنیادی زمان پرداخته و به درک جزییات فرایند گسیل نوری کمک خواهد کرد و از طرفی می‌تواند در طیف گسیل تابشی موادی مانند گرافن و ابررساناهای با دمای بالا نیز استفاده شود.

دانلود مقاله اصلی به صورت PDF

فوق لیسانس فیزیک ذرات بنیادی. علاقمند به تقارنها و نظریه میدان‌های کوانتومی

ارسال نظر

*