اولین انتقال اتم ها بوسیله تونل زنی کوانتومی محقق شد
بی بی سرور: مجموعه ای از انبرک ها یا موچین های نوری به دانشمندان کمک کردند تا اتم ها را برای نخستین بار بوسیله تونل زنی کوانتومی از مکانی به مکان دیگر منتقل کنند.
به گزارش بی بی سرور به نقل از ایسنا، در سال ۱۹۸۶ یک فیزیکدان آمریکایی به نام آرتور اشکین(Arthur Ashkin) ابزاری جذاب ساخت که می توانست به آرامی اجسام میکروسکوپی مانند سلول ها و مولکول ها را بدون دست زدن به آنها در اختیار بگیرد و حرکت دهد. این ابزار که «موچین نوری»(optical tweezer) نام دارد از لیزر متمرکز برای نگه داشتن و دستکاری اشیاء بهره می گیرد.
به نقل از آی ای، موچین های نوری حتی بعد از گذشت ۴۸ سال هنوز جذاب هستند و فیزیکدانان همچنان از این نوآوری برای کارهایی از تحقیقات نانوذرات تا اصلاح در سطح سلولی استفاده می نمایند.
به تازگی، پژوهشگران دانشکده فیزیک تکنیون(Technion) به انتقال کنترل شده اتم ها از یک مکان به مکان دیگر بوسیله تونل زنی کوانتومی بین موچین های نوری دست یافته اند.
تونل زنی کوانتومی(Quantum tunneling) به پروسه کوانتومی تونل زدن یک ذره بنیادی در یک سد پتانسیل که از نظر کلاسیک، ذره قادر به عبور از آن نیست، اشاره دارد. این پدیده مهم در چندین پدیده فیزیکی، بعنوان مثال در واکنش های هسته ای که در ستارگان رشته اصلی مثل خورشید اتفاق می افتد، به چشم می خورد. همین طور کاربردهای مهمی در ادوات الکترونیکی مانند دیود تونلی دارد.
این پدیده در اوایل قرن بیستم پیش بینی شده بود و در اواسط همان قرن به عنوان یک پدیده کلی فیزیکی پذیرفته شد. تونل زنی به طور معمول با اصل عدم قطعیت هایزنبرگ توضیح داده می شود. در حقیقت مفاهیم مکانیک کوانتومی حول این پدیده توصیف می شوند و می توان گفت تونل زنی کوانتومی یکی از خاصیت های بنیادی مکانیک کوانتومی و نشانه خاصیت دوگانگی موج-ذره است.
پژوهشگران می گویند: این نخستین نمایش این تکنیک انتقال است و ما معتقدیم که می تواند نقطه عطف مهمی در توسعه پلت فرم های کوانتومی جدید باشد.
اتم های متحرک در دنیای کوانتومی
وقتی ذره ای از سدی عبور می کند که به طور معمول نمی تواند از آن عبور کند، به این پدیده «تونل زنی» می گویند. مثل این است که جلوی دیواری ایستاده باشید و بجای بالا رفتن یا دور زدن آن، به صورتی مستقیم از میان آن عبور کنید.
با اینحال هیچ راهی وجود ندارد که بتوانید از دیوار عبور کنید. این بدین سبب است که «تونل زنی» پدیده ای منحصر به جهان کوانتومی است، جایی که ذرات فرصتی برای عبور از یک مانع بالقوه دارند که بطور کلاسیک نمی توانند بر آن غلبه کنند.
پژوهشگران برای دستیابی به تونل زنی اتم ها از سه موچین نوری استفاده کردند و آنها را در یک سری مرتب کردند. سپس اتم های فرمیونی فوق سرد(اتم هایی که تا دمای صفر مطلق سرد می شوند) را در این آرایش معرفی کردند.
پژوهشگران با بهره گیری از سه موچین به عنوان تله توانستند با تغییر فاصله بین تله ها، سرعت تونل زنی اتم ها را کنترل کنند. این رویکرد به پژوهشگران اجازه داد تا اتم ها را با موفقیت بین دو موچین خارجی انتقال دهند.
پژوهشگران در مطالعه خود خاطرنشان کردند: ما یک انتقال نرم و با کارآیی بالا از اتم ها را بین دو تله بیرونی مشاهده کردیم که جمعیت بسیار کمی در تله مرکزی باقی می مانند.
آزمایش فوق موجب انتقال یک اتم از موچین اول به موچین سوم، بدون اشغال موچین میانی شد. اما دقیقا چه چیزی مانع از ماندن اتم ها در موچین میانی شد؟
برای یافتن پاسخ این سوال باید درک کرد که برای عبور چیزی بوسیله تونل زنی، اتم ها مانند بسته های موجی رفتار می کنند، به این معنا که خواص موج مانندی از خود نشان دهند.
در طول انتقال، بسته های موج اتم ها در تمام موچین ها پخش می شوند و روی هم می افتند و امواج بخش های مختلف سیستم با یکدیگر تداخل می کنند.
پژوهشگران می گویند که تداخل سازنده امواج، قله ها و فرورفتگی هایی را در موچین اول و سوم به وجود می آورد. با اینحال در موچین نوری میانی، قله ها و فرورفتگی ها یکدیگر را خنثی می کنند. این تداخل مخرب، احتمال یافتن اتم در موچین میانی را حدودا صفر می کند و امکان انتقال روان و کارآمد اتم ها را بین موچین های اول و سوم فراهم می آورد.
این نتایج نشان میدهد که آرایه های موچین نوری می توانند به عنوان پلتفرمی برای انجام آزمایش های هیجان انگیزتر با هدف ارتقای دانش ما از فیزیک کوانتومی مورد استفاده قرار گیرند.
این مطالعه در مجله Science Advances انتشار یافته است.
منبع: bbserver.ir
مطلب را می پسندید؟
(0)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب