از روزنامه نگاری غیرانتفاعی حمایت کنید.
در یک ابر بسیار سرد و متراکم از اتم ها (آبی)، یک اثر کوانتومی دیکته می کند که آیا اتم ها نور را پراکنده می کنند (فلش های قرمز). اگر حالت های کوانتومی به طور کامل اشغال شوند، اتم ها نمی توانند حالت های کوانتومی را تغییر دهند و نور پراکنده نمی شود.
تصویر توسط استیون باروز/جیلا
نوشته

ابری از اتم های فوق سرد مانند متل با علامت نئونی "جای خالی نیست" است.
اگر مهمانی در متل بخواهد اتاق‌هایش را عوض کند، خوش شانس نیست. نداشتن اتاق خالی به این معنی است که چاره ای جز ماندن وجود ندارد. به همین ترتیب، در آزمایش‌های جدید، اتم‌هایی که در شرایط شلوغ در جعبه قرار می‌گیرند، راهی برای تغییر حالت کوانتومی خود ندارند. سه تیم از محققان در 19 نوامبر ساینس گزارش دادند که این محدودیت به این معنی است که اتم ها نور را به طور معمول پراکنده نمی کنند. این اثر که بیش از سه دهه پیش پیش بینی شده بود، اکنون برای اولین بار دیده شده است.
در شرایط عادی، اتم‌ها به آسانی با نور تعامل دارند. پرتوی از نور را به ابری از اتم بتابانید، و آنها مقداری از آن نور را در همه جهات پراکنده خواهند کرد. این نوع پراکندگی نور یک پدیده رایج است: در جو زمین اتفاق می افتد. یایر مارگالیت، یکی از اعضای تیم MIT که یکی از آزمایش‌ها را انجام داد، می‌گوید: «ما آسمان را به دلیل تشعشعات پراکنده خورشید آبی می‌بینیم.
اما فیزیک کوانتومی در ابرهای اتمی بسیار سرد و متراکم مطرح می شود. آمیتا دب، فیزیکدان از دانشگاه اوتاگو در داندین نیوزلند، یکی از نویسندگان دیگر مطالعه می‌گوید: «روش تعامل آنها با نور یا پراکندگی نور متفاوت است.
سرفصل‌ها و خلاصه‌ای از آخرین مقالات Science News ، به صندوق پستی شما تحویل داده شده است
با تشکر از شما برای ثبت نام!
مشکلی در ثبت نام شما وجود داشت.
طبق قاعده‌ای به نام اصل طرد پائولی ، اتم‌ها در آزمایش‌ها نمی‌توانند همان حالت کوانتومی را به خود بگیرند – یعنی، نمی‌توانند حرکتی مشابه با اتم دیگر در آزمایش داشته باشند ( SN: 5/19/20 ). اگر اتم ها در یک ابر متراکم در کنار هم قرار گیرند و تا نزدیک به صفر مطلق سرد شوند، در حالت های کوانتومی کم انرژی قرار می گیرند. این ایالت‌های کم انرژی کاملاً پر می‌شوند، مانند یک متل بدون اتاق باز.
هنگامی که یک اتم نور را پراکنده می کند، یک ضربه تکانه دریافت می کند و حالت کوانتومی خود را تغییر می دهد، زیرا نور را به جهت دیگری می فرستد. اما اگر اتم به دلیل شلوغی شرایط نتواند حالت خود را تغییر دهد، نور را پراکنده نخواهد کرد. ابر اتمی شفاف‌تر می‌شود و به جای پراکنده کردن نور از آن عبور می‌کند.
برای مشاهده این اثر، مارگالیت و همکارانش نور را از میان ابری از اتم های لیتیوم پرتاب کردند و میزان نور پراکنده آن را اندازه گرفتند. سپس، تیم دما را کاهش داد تا اتم‌ها کم‌ترین حالت‌های انرژی را پر کنند و پراکندگی نور را سرکوب کردند. با کاهش دما، اتم ها 37 درصد نور کمتری را پراکنده کردند که نشان می دهد بسیاری از اتم ها از پراکندگی نور جلوگیری می کردند. (برخی اتم‌ها هنوز هم می‌توانند نور را پراکنده کنند، برای مثال اگر به حالت‌های کوانتومی با انرژی بالاتر پرتاب شوند که اشغال نشده‌اند.)
در آزمایش دیگری، فیزیکدان کریستین سانر از مؤسسه تحقیقاتی JILA در بولدر، کولو، و همکارانش ابری از اتم‌های استرانسیوم فوق سرد را مطالعه کردند . محققان میزان نور پراکنده شده در زوایای کوچک را اندازه‌گیری کردند، که برای آن اتم‌ها کمتر توسط نور تکان می‌خورند و بنابراین حتی کمتر احتمال دارد که بتوانند یک حالت کوانتومی اشغال نشده پیدا کنند. در دماهای پایین تر، اتم ها نیمی از نور را در دماهای بالاتر پراکنده کردند.
آزمایش سوم که توسط Deb و فیزیکدان Niels Kjærgaard، همچنین از دانشگاه Otago انجام شد، افت پراکندگی مشابهی را در یک ابر اتم پتاسیم فوق سرد و افزایش متناظر در میزان عبور نور از طریق ابر اندازه‌گیری کرد.
از آنجا که اصل طرد پائولی بر نحوه رفتار الکترون‌ها، پروتون‌ها و نوترون‌ها نیز حاکم است، این اصل مسئول ساختار اتم‌ها و ماده است که ما می‌شناسیم. سانر می‌گوید این نتایج جدید اصل گسترده‌ای را در زمینه‌ای جدید نشان می‌دهد. "این جذاب است زیرا یک اصل بسیار اساسی در طبیعت را در کار نشان می دهد."
این کار همچنین راه‌های جدیدی را برای کنترل نور و اتم‌ها پیشنهاد می‌کند. پیتر زولر، فیزیکدان نظری از دانشگاه اینسبروک در اتریش، که درگیر این تحقیق نبود، می‌گوید: «می‌توان کاربردهای جالب زیادی را تصور کرد. به طور خاص، پراکندگی نور ارتباط نزدیکی با فرآیندی به نام گسیل خود به خودی دارد که در آن یک اتم در حالت پرانرژی با گسیل نور به انرژی پایین‌تری تجزیه می‌شود. نتایج نشان می دهد که پوسیدگی می تواند مسدود شود و طول عمر حالت انرژی افزایش یابد. چنین تکنیکی ممکن است برای ذخیره سازی اطلاعات کوانتومی برای مدت زمان طولانی تری نسبت به حالت عادی مفید باشد، برای مثال در یک کامپیوتر کوانتومی.
زولر می‌گوید تا کنون، این کاربردها هنوز تئوری هستند. اینکه چقدر آنها واقع بینانه هستند موضوعی است که در آینده قابل بررسی است.
سوالات یا نظراتی در مورد این مقاله دارید؟ به ما در feedback@sciencenews.org ایمیل بزنید
سی سانر و همکاران مسدود کردن پائولی از پراکندگی نور اتم . علم . جلد 374، نوامبر، 19 2021، ص. 979. doi: 10.1126/science.abh3483.

AB Deb و N. Kjærgaard. مشاهده مسدود شدن پائولی در پراکندگی نور از فرمیون های منحط کوانتومی . علم . جلد 374، 19 نوامبر 2021، ص. 972. doi: 10.1126/science.abh3470.

Y. Margalit و همکاران . مسدود کردن پائولی از پراکندگی نور در فرمیون های منحط . علم . جلد 374، 19 نوامبر 2021، ص. 976. doi: 10.1126/science.abi6153
امیلی کانور، نویسنده فیزیک، دارای مدرک دکترا است. در فیزیک از دانشگاه شیکاگو. او دو بار برنده جایزه انجمن نویسندگان علوم دی سی است.
Science News در سال 1921 به عنوان یک منبع مستقل و غیرانتفاعی اطلاعات دقیق در مورد آخرین اخبار علم، پزشکی و فناوری تاسیس شد. امروز، ماموریت ما یکسان است: توانمندسازی مردم برای ارزیابی اخبار و دنیای اطرافشان. این توسط Society for Science منتشر شده است، یک سازمان غیرانتفاعی عضویت 501(c)(3) که به مشارکت عمومی در تحقیق و آموزش علمی اختصاص دارد.
© Society for Science & the Public 2000–2021. تمامی حقوق محفوظ است.
مشترکین، برای دسترسی کامل به آرشیو اخبار علمی و نسخه های دیجیتال، آدرس ایمیل خود را وارد کنید.
مشترک نیستید؟
الان یکی شو

source

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *