مشاهده بنیادی ترین برهمکنش نور و ماده و کشف حقایق عجیب آن!

9

فرآیند دیدن، بسیار شگفت انگیز است و نور، رکن اصلی این فرآیند است. نور متشکل از بسته های انرژی یا همان فوتون هایی است که با اتم ها یا ملکول ها، برهمکنش می کنند. برخی از این فوتون ها از چشم منعکس می شوند و برخی، جذب آن می شوند. اما دلیل اینکه کدام یک از این فرآیند رخ دهد، انرژی فوتون یا به عبارتی رنگ آن است. وقتی به لحظه برهمکنش نور و ماده ، نگاه می کنیم، حقایق تازه ای نمایان می شود و این دقیقا کاری است که دانشمندان CQT دانشگاه ملی سنگاپور انجام داده اند. نتایج این پژوهش جالب، ۴ روز پیش در ژورنال معتبر Nature Communications منتشر شد. با دیپ لوک همراه باشید…

دانشمندان در این پژوهش روی یک سوال تمرکز کردند: شکل یک فوتون، چگونه بر جذب آن توسط یک اتم، تاثیر می گذارد؟ ما فوتون ها را موجوداتی پخش شده در فضا و زمان تصور نمی کنیم، بلکه آنها را دارای یک شکل مشخص، فرض می کنیم؛ اما جالب است بدانید فوتون های این آزمایش، آنقدرها هم جمع و جور نبودند و چهار متر، طول داشتند! دانشمندان توانستند شکل فوتون ها را به دقیق ترین شکل ممکن، تنظیم کنند. آنها برهمکنش اتم های روبیدیوم و فوتون های مادون قرمز را بررسی کردند.

در واقع، دانشمندان در این آزمایش، بنیادی ترین برهمکنش نور و ماده را تماشا کردند. زمان لازم برای عبور فوتون چهار متری این آزمایش از یک اتم، حدود ۱۳ نانوثانیه بود. با فرستادن هر فوتون به سوی اتم، دانشمندان، توجه می کردند که آیا اتم، برانگیخته می شود یا نه. محققان با یادداشت دفعات برانگیختگی و با جمع آوری آنها، احتمال جذب یک فوتون را به عنوان تابعی از زمان، رسم کردند.

دانشمندان، دو شکل مختلف فوتون را آزمایش کردند، فوتون شماره ۱ که سر کم نور و دم پر نور داشت و فوتون شماره ۲ که سر نورانی و دمی کم نور داشت. صدها میلیون اندازه گیری در ۱۵۰۰ ساعت، نشان داد که احتمال کل برای اینکه یک اتم روبیدیوم، یک فوتون را جذب کند، تنها ۴ درصد است! اما وقتی دانشمندان همین فرآیند را در چارچوب زمانی نانوثانیه مشاهده کردند، متوجه شدند که احتمال جذب در هر لحظه، به شکل فوتون، بستگی دارد.

محققان به حقایق جالبی، دست پیدا کردند. اجازه دهید از دید یک اتم به فوتون ها نگاه کنیم: فوتون شماره ۱ که وقتی به سمت ما می آید، در ابتدا نور کمی دارد و سپس نورانی تر می شود و فوتون شماره ۲ که در ابتدا نورانی تر است و در انتها دارای یک دم، کم نور است. نتایج آزمایش، نشان داد که احتمال برانگیختگی اتم توسط فوتون شماره ۱، حدود ۵۰ درصد بیشتر از فوتون شماره ۲ است! اما این برخلاف چیزی بود که دانشمندان، انتظار داشتند: آنها انتظار داشتند اتم ها، فوتون های نوع ۲ را برای جذب کردن، ترجیح دهند. این تصور از آنجا ناشی می شود که در فرآیند آسایش (برگشت اتم های برانگیخته به حالت پایه) به طور طبیعی، همین اتفاق می افتد، یعنی اتم، یک فوتون را بیرون می اندازد که سری نورانی و دمی کم نور دارد. از آنجایی که معادلات مکانیک کوانتومی، متقارن هستند، می گویند این دو فرآیند (برانگیختگی و آسایش) دقیقا باید به صورت یکسان و فقط در جهت برعکس، رخ دهند. اما این چیزی نبود که دانشمندان مشاهده کردند!

این پژوهش برای درک تکنولوژی های مبتنی بر برهمکنش نور و ماده بسیار اهمیت دارد. شبکه های ارتباطی،حسگرها و کامپیوترها از این دسته تکنولوژی ها هستند. فوتون ها، اتم ها را برانگیخته می کنند، و دانشمندان برای ساخت دستگاه های قابل اعتماد، به کنترل این برهمکنش نیاز دارند. در واقع فقط چیزی را می فهمید، می توانید آن را مهندسی کنید!

دانلود مقاله اصلی به صورت PDF

زاده ی اردیبهشت ۶۹ و دانشجوی دکترای شیمی کوانتوم محاسباتی در دانشگاه شهید بهشتی است.او علاقمند به دنیای کوانتوم، تکنولوژی، فوتبال و موسیقی بوده و علاوه بر سردبیری دیپ لوک، به طراحی وب و نویسندگی در گجت نیوز، بیگ تم و ماهنامه GB جی اس ام مشغول است.

گفتگو۹ دیدگاه

  1. جعفر کاظم بیگی

    با سلام جدا بابت انتخاب این مقاله به شما تبریک میگویم فوق العاده بود سپاسگزارم.

    • ناهید سادات ریاحی

      سپاسگزارم دوست عزیز. منم روز دانشجو رو به همه دانشجوها تبریک میگم

    • ناهید سادات ریاحی

      دوست خوبم، جزییات این پژوهش در اصل مقاله بیان شده که اون هم در پایان همین پست، قرار داده شده، ولی توضیح اون به زبون فارسی رو فقط ذر همین دیپ لوک می تونید پیدا کنید!!

  2. مجید ستارنژاد {دوستدار اصل}

    سلام ،ممنونم به خاطر این مقاله مفیدی که گذاشتید،وقتی دو الکترون به همدیگه نزدیک میشن ومیفهمن که بار الکتریکی هردوتاشون منفییه وباید از هم دیگه فاصله بگیرن بینشون یک فوتون تبادل میشه، سوالی که ازتون دارم اینه؟ آیا فرکانس امواج الکترومغناتیس با سرعت وشدت نزدیک شدن و دور شدن الکترون ها از همدیگه رابطه ای داره یا نه ، و اینکه در فاکتور تاخیری هر اتمی فوتون روجذب میکنه دچار ارتعاش میشه وبعد رهاش میکنه، همانگونه که مولکولهای o3 امواج ماورا بنفش خورشید رو میگیرن وتبدیل به امواج فرو سرخ میکنن ،یعنی دچار ارتعاش ونهایتا واباشی شده وسبب یونیزه شدن o2 ها وتبدیلشون به o3 میشن …وهمچنین به هنگام وقوع رعدوبرق …سوال دوم من اینه چرا در فصل زمستان هیچ رعدو برقی در آسمان بین ابرها دیده نمیشه ؟اگه امکان داره ساده توضیح بدید در حد سواد خواندن و نوشتن ،ممنونم

ارسال نظر