وقتی اثرات فیزیکی بسیار کوچک، مانند انحراف یک پرتوی نوری را اندازه گیری می کنیم، همین عمل اندازه گیری می تواند نتیجه آزمایش را تغییر دهد. روشی که برای رفع این مشکل پیشنهاد شد، به اندازه گیری ضعیف مشهور شده است. حالا دانشمندان در پژوهش تازه ای، به طور تجربی ثابت کرده اند که روش اندازه گیری ضعیف به کمک یک تکنیک موسوم به بازیافت قدرت (power recycling) می تواند حد اندازه گیری کلاسیکی را نیز پشت سر بگذارد. به کارگیری این تکنیک راه را برای اندازه گیری های فوق دقیق باز می کند. نتایج این پژوهش، دو هفته پیش، در ژورنال Physical Review Letters منتشر شد. با دیپ لوک همراه باشید…
اندازه گیری ضعیف برای نخستین بار در سال ۱۹۸۸ و توسط آهارانوف، آلبرت و ویدمن پیشنهاد شد. در این روش، دستگاه اندازه گیری به طور ضعیفی با سیستم کوانتومی جفت می شود تا اندازه گیری را انجام دهد و به این ترتیب، تداخل اندازه گیری را روی سیستم، کاهش می دهد. در این روش، اندازه گیری پس از رخ دادن اثر فیزیکی مربوطه، انجام می شود که به آن، پساانتخاب می گویند.
در طول چند دهه گذشته، محققان دریافته اند که وقتی انواع مختلفی از سیستم های کوانتومی را به کمک روش اندازه گیری ضعیف، اندازه گیری کنیم، می توانیم حساسیت اندازه گیری را از طریق تقویت سیگنال، بهبود ببخشیم. اگرچه حساسیت اندازه گیری در این روش بیشتر می شود، اما در عوض، همین تقویت سیگنال باعث اتلاف پروب ها (probe) یا کاوش ها می شود، یعنی فوتون های کمتری برای اندازه گیری در دسترس هستند. به همین علت، دانشمندان اخیرا ادعا کرده بودند که دقت نهایی روش اندازه گیری ضعیف نمی تواند از یک حد روش کلاسیکی، فراتر برود؛ نکته ای که می تواند نوعی نقص برای این روش، تلقی شود.
حالا و در این مطالعه جدید، محققان چینی ثابت کردند چنین نقصی، وجود ندارد! آنها برای نخستین بار، یک اندازه گیری ضعیف انجام دادند که حد کلاسیکی را رد کرده است. حد کلاسیکی به حد نویز یک شات مربوط می شود که مبتنی بر ماهیت ذره ای نور است. در این حالت، افت و خیزهای تصادفی که توسط هر فوتون، تولید می شود روی دقت اندازه گیری، تاثیر می گذارند. همانطور که در ابتدای مقاله هم اشاره شد، دانشمندان برای غلبه بر این حد، از تکنیکی به نام بازیافت قدرت استفاده کردند. این روش، همانطور که از نامش پیداست، پروب های تلف شده را بازیافت کرده و به طور کامل از آنها استفاده می کند. محققان می گویند:
کار ما، نوع جدیدی از روش های با دقت بالا را ممکن می کند که نه تنها، حساسیت اندازه گیری را به شدت بالا می برد (به لطف تکنیک تقویت سیگنال اندازه گیری ضعیف)، بلکه قابلیت عبور از حد اندازه گیری کلاسیکی را هم با استفاده از تکنیک بازیافت قدرت، فراهم می کند. کار ما برای نخستین بار ثابت می کند که روش اندازه گیری ضعیف می تواند فراتر از حد کلاسیکی برود.
فیزیکدانان معتقدند روش اندازه گیری ضعیف مبتنی بر بازیافت قدرت، برای اندازه گیری بسیاری از اثرات دیگر فیزیکی، قابل استفاده است. روش اندازه گیری ضعیف می تواند در اندازه گیری بسیاری از اثرات فیزیکی کوچک، مانند انحراف پرتو، جابه جایی فاز، جابه جایی فرکانس، جابه جایی دما، اندازه گیری های سرعت و حتی تشخیص امواج گرانشی به کار گرفته می شود. وقتی روش اندازه گیری ضعیف با تکنیک بازیافت قدرت، ترکیب می شود، دقت اندازه گیری بسیار بالاتر رفته و کاربردهای آن هم بسیار گسترده تر می شود. از طرفی محققان امیدوارند بتوانند دقت اندازه گیری را از طریق ترکیب تکنیک بازیافت قدرت با سایر روش ها مانند بازیافت پالس، باز هم بالاتر ببرند. آنها می خواهند درآینده، دقت اندازه گیری ها را تا رسیدن به حد هایزنبرگ، افزایش دهند!
