وقتی الکترون، به دونیم شکافته می شود!!

الکترون یکی از ذرات بنیادی شگفت انگیزی است که با وجود کوچکی فوق العاده اش، نقش بسیار بزرگی در طبیعت ایفا می کند. همانطور که از نام ذرات بنیادی برمی آید،الکترون نمی تواند به ذرات کوچکتری شکسته شود، البته تا قبل از انتشار این مقاله!! با دیپ لوک همراه باشید…

وقتی الکترون، به دونیم شکافته می شود!!

در مقاله ی تازه ای که در ژورنال Nature Communications منتشر شد، تیمی از فیزیکدانان به رهبری Gwendal Fève در پاریس، آزمایشی را برای بررسی مکانیسم شکافت الکترون طراحی کردند. این روش اجازه می دهد تا محققان، شکافت یک الکترون را در مقیاس پیکوثانیه مشاهده کنند.

بیایید کمی دقیق تر شویم: در این پدیده که شکافت الکترون نامیده می شود، یک الکترون می تواند به “پالس های بار” کوچکتری شکافته شود که هر یک کسری از بار الکترون اولیه را حمل می کنند. اگرچه شکافت الکترون می تواند کاربردهای بسیار جالبی داشته باشد،اما منشاء آن هنوز شناخته نشده است!

Fève می گوید: ” ما توانسته ایم شکافت یک الکترون را در موج الکتریکی به دو بسته ی شکافته شده که هر یک، نصف بار الکترون را حمل می کنند، تصویرسازی کنیم. شکافت الکترون در پژوهش های قبلی و حدود ۵ سال پیش نیز مطالعه شده است.” تکنیکی که پژوهشگران در این آزمایش به کاربردند، Hong-Ou-Mandel نامیده می شود که می تواند برای اندازه گیری درجه ی شباهت بین فوتون ها یا در این مورد برای پالس های بار الکترون در یک تداخل استفاده شود. این آزمایش همچنین به تابش دهنده ی تک الکترونی نیاز دارد.

حالا اجازه دهید روند کار را با هم بررسی کنیم: محققان ابتدا انتشار یک الکترون را در سیم تک بعدی بیرونی تداخل کننده، آنالیز می کنند و سپس هنگامیکه الکترون شکافته شد، می توانند برهمکنش بین دو پالس بار را در سیم تک بعدی داخلی مشاهده کنند. دانشمندان می گویند، الکترون اولیه در طول سیم بیرونی حرکت می کند. برهمکنش های کولنی بین برانگیختگی های سیم های داخلی و خارجی، دو جفت برانگیختگی تولید می کنند: دو پالس با علامت یکسان (که بار برآیند را حمل می کنند) و دو پالس با بارهای مخالف (که با یکدیگر حنثی می شوند). این دو جفت متفاوت، با سرعت های متفاوتی هم حرکت می کنند.

آزمایش نشان میدهد زمانیکه الکترون به دو پالس شکافته می شود، حالت نهایی را نمی توانیم به عنوان حالت تک ذره ای در نظربگیریم، بلکه باید آن را به عنوان یک حالت جمعی مشتکل از چندین برانگیختکی توصیف کنیم. به همین دلیل، فرآیند شکافت، الکترون اولیه را نابود می کند. تخریب الکترون را می توان با واهمدوسی موج الکترونی اندازه گیری کرد.

فهم بهتر شکافت الکترون می تواند کاربردهای متفاوتی در زمینه ی فیزیک ماده ی چگال، مانند کنترل جریان های تک الکترونی در سیم های تک بعدی داشته باشد. محققان تلاش می کنند تا با انجام آزمایش های بیشتری با تداخل Hong-Ou-Mandel، درک بهتری از پدیده ی شکافت الکترون بدست آورند.