+ - + اخبار فیزیک + - +

[infrequent]

فروکش هیجان دانشمندان درباره بوزون هیگز

فروکش هیجان دانشمندان درباره بوزون هیگز

ذره بنیادی «بوزون هیگز» که کشف آن در ماه ژوئیه توسط دانشمندان مرکز سرن به تمام دنیا اعلام شد، ممکن است از هیجان کمتری نسبت به آنچه انتظار می‌رفت، برخوردار باشد.

به گزارش علم پرس به نقل از ایسنا، دانشمندان در گزارش روز پنج‌شنبه خود در نشستی در کیوتو که در آن آخرین اطلاعات از برخورد دهنده بزرگ هادرونی ارائه شد، اظهار کردند که به احتمال زیاد ذره کشف شده در ماه ژوئیه همان ذره گریزان بوزون هیگز است که جرم ماده را تامین می‌کند.

با این حال آنها تاکید کردند که اطلاعات بدست آمده نشان داده که این ذره یک چیز عجیب و غریب با یک قلمرو جدید در کیهان‌شناسی نبوده بلکه یک «هیگز مدل استاندارد» متناسب با مفهوم علمی رایج از جهان است.

این دانشمندان از ظهور شواهد بیشتر از بوزون هیگز بودن این ذره جدید در روند تحقیقات خود خبر داده‌اند اما هنوز هیچ نشانه‌ای از غیرمعمولی بودن این ذره نسبت به پیش‌بینی‌های اولیه مشاهده نشده است.

وظیفه اولیه برخورددهنده بزرگ هادرونی ۱۰ میلیارد دلاری مرکز سرن، شناسایی هیگز بوده که بدون آن بقایای ذرات در حال پرواز پس از انفجار بزرگ در ۱۳٫۷ میلیارد سال پیش نمی‌توانستند به شکل ستارگان، سیارات و یا کهکشانها در بیایند.

وجود این ذره در سال ۱۹۶۴ توسط پیتر هیگز، فیزیکدان انگلیسی فرض شد که می‌توانست شکاف مدل استاندارد را پر کند.

دانشمندان از دهه ۱۹۸۰ به دنبال این ذره بودند تا دو سال پس از آغاز کار برخورددهنده بزرگ هادرونی در سال ۲۰۱۰ متوجه چیزی شبیه به آن شدند. اما این محققان همچنان به پژوهش‌های خود برای اثبات وجود آن با قطعیت سیگما-۵ ادامه دادند.

دانشمندان همچنین امید داشتند که این پژوهش بتواند به آنها شواهد بیشتری را برای مفاهیم دیگری مانند ابرتقارن، ماده تاریک و انرژی تاریک که آنها را جزء حوزه «فیزیک نوین» خوانده‌اند، ارائه کند.

ابر تقارن در نظریه می تواند در توضیح ماده تاریک که طبق باورها حدود ۲۵ درصد جهان شناخته شده را تشکیل داده،‌ کمک کند اما طبق گزارشات روز پنج‌شنبه هنوز هیچ نشانه‌ای از آن شناسایی نشده است.

این در حالیست که دانشمندان هنوز امید خود را برای کشف یافته‌های عجیب‌تر از دست نداده‌اند؛ چرا که این ذره شبیه به هیگز برای گواهی دادن ابرتقارن باید حداقل در پنج نوع مختلف باشد.

به گفته محققان، چالش کنونی، سنجش دقیق تمام ویژگی‌های ذره جدید بوده و درک درست از ذرات پنهان آن زمان می‌برد.

دانشمندان اکنون به سالهای پس از ۲۰۱۴ چشم دوخته‌اند که در آن زمان قدرت این برخورددهنده مدور دوبرابر شده یا یک برخورددهنده خطی که طرح آن برای ژاپن ریخته شده، آماده شود.

ایسنا

 

[infrequent]

تولید بخار آب از انرژی خورشیدی برای نخستین‌بار

تولید بخار آب از انرژی خورشیدی برای نخستین‌بار

محققان دانشگاه رایس موفق به ارائه روشی نوین شدند که در آن برای نخستین بار از نور خورشید در تولید بخار آب بدون جوشاندن این مایع تا دمای جوش آن استفاده می‌شود.

به گزارش سرویس علمی خبرگزاری دانشجویان ایران (ایسنا)، نانوذرات متالیک مقادیر بزرگ نور را جذب می‌کنند و این امر به افزایش قابل توجه دمای آن‌ها می‌انجامد.

این قابلیت موجب استفاده از آن‌ها در طیف وسیعی از حوزه‌ها از قبیل درمان فتوترمال تعدادی از سرطان‌ها، آزاد کردن داروی مجهز به لیزر و انجام بیوتصویربرداری پیشرفته توسط نانوذرات است.

دانشمندان همچنین از این ذرات در حوزه انرژی خورشیدی بهره جسته‌اند با این حال تا پیش از این دستاورد بزرگ، گزارشی درخصوص استفاده از نانوذرات (تعبیه شده در مایعات) برای جذب نور خورشید، گرما دادن و تغییر مایع به بخار ارائه نشده بود.

در تحقیق جدید، نانوذراتی که توسط نور روشن می‌شوند، به سرعت به دمای بالای 212 درجه فارنهایت یعنی دمای جوش آب می‌رسند و این امر منجر به تشکیل بخار در اطراف سطح هر نانوذره می‌شود. میلیاردها نانوذره می‌توانند در آب یا سایر مایعات قرار داده شوند.

در نهایت این بخار از ذره فرار کرده و نانوحباب‌هایی را تشکیل می‌دهد که در بالاترین نقطه سطح شناور شده و به عنوان بخار آب، بخار اتانول در حالت الکل برای مصارف سوختی یا بخار هر مایع دیگری آزاد می‌شود.

این موفقیت دارای کاربردهای فراوان در مناطق فقیرنشین واقع در کشورهای درحال توسعه خواهد بود زیرا سیستم طراحی شده شامل ابزار فشرده و ارزان قیمت جهت تصفیه آب آشامیدنی، استریلیزاسیون ابزار پزشکی و بهداشتی کردن فاضلاب است.

به گفته دپول وایس سردبیر مجله ACS Nano، ارائه این شیوه مدرک محکمی دال بر کاربرد جدید نانوذرات در حوزه انرژی خورشیدی است.

از دیگر کاربردهای این موفقیت علمی می‌توان به تقطیر از لحاظ انرژی کارآمد الکل، ارائه استراتژی نوین و همچنین استفاده از منابع فشرده بخار برای استریلیزاسیون و بهداشتی کردن در مناطق فقیر از لحاظ منابع اشاره کرد.

با مطالعات بیشتر این رویکرد می‌تواند در فشارهای بالاتر و همچنین مایعات دیگر قابل سازگاری باشد که این امر منجر به استفاده از انرژی خورشیدی در راندن توربین‌ها می‌شود.

جزئیات این دستاورد علمی در مجله ACS Nano انتشار یافت.

ایسنا

 

[Campus]

[h=1]/خواندنی‌هایی درباره 105جایزه نوبل فیزیک/ حضور تنها دو زن در بین 193 برنده نوبل فیزیک![/h]

در دومین روز از فصل پر تب وتاب جوایز نوبل، امروز(سه‌شنبه) برندگان جایزه نوبل فیزیک 2012 معرفی شدند و به گمانه‌ زنی‌های زیادی که طی روزهای اخیر در مورد آن وجود داشت، پایان دادند.

به گزارش سرویس علمی خبرگزاری دانشجویان ایران(ایسنا)، امسال صد و دهمین سال اهدای این جایزه بوده که بر اساس وصیت آلفرد نوبل، هر ساله بخشی از دارایی وی به شخص یا اشخاصی خواهد رسید که مهمترین کشف یا ابداع را در حوزه فیزیک انجام داده است.

سال گذشته این جایزه به سال پرلموتر، برایان اشمیت و آدام ریس برای ارائه شواهدی از شتاب در انبساط جهان رسید.

از 1901 تاکنون 105 جایزه در بخش فیزیک اهدا شده که سالهای 1916، 1931، 1934، 1940، 1941 و 1942 به دلایل مختلف از جمله مهم نبودن اکتشافات یا جنگهای جهانی اول و دوم نوبلی در این بخش اعطا نشد.

همچنین تاکنون 193 نفر برنده جایزه نوبل شده‌اند که از آنجایی که جان باردین دو مرتبه موفق به کسب آن شده، از این رو تعداد برندگان فردی 192 نفر است.

از این میان 47 نوبل به طور جداگانه، 29 جایزه به طور اشتراکی بین دو دانشمند و 29 مورد بین سه محقق اهدا شده است.

میانگین سنی برندگان نوبل فیزیک 54 سال بوده که بر اساس آمار لاورنس برگ با 25 سال سن جوانترین و ریموند دیویس جونیور با 88 سال پیرترین دریافت کنندگان این جایزه معرفی شده‌اند.

زنان در این حوزه تنها دو بار موفق به کسب جایزه شده‌اند که شامل ماری کوری در سال 1903 و ماریا ژئوپرت مایر در سال 1963 بوده‌اند. ماری کوری همچنین در سال 1911 موفق به کسب جایزه نوبل شیمی شد.

ایسنا

 

[Campus]

[h=1]در جستجویِ نوترینوهای استریل[/h]
برای دهه‌ها، تنها یک‌سوم از نوترینوهای گسیل‌شده از خورشید، که حاصل ِ برهمکنش‌های ضعیف درون خورشید هستند، توسط آشکارسازهای روی زمین آشکار‌ می‌شدند. این پدیده را می‌شود با استفاده از مفهوم «طعمِ نوترینو» توصیف کرد. طعم‌های مختلفِ نوترینو در واقع مخلوطی از حالت‌ها با جرم‌های متفاوت می‌باشد که اختلافِ جرمِ میانِ این حالت‌ها بسیار اندک است. نوترینوی الکترونی در طولِ سفرش از خورشید تا زمین، به نوترینوهای میون و تاو تبدیل می‌شود. از آن جایی که آشکارسازهای نخستین نمی‌توانستند این نوترینوها را آشکارسازی کنند، در نتیجه تعدادِ کلِ نوترینوهای آشکارسازی شده کم‌تر از مقدارِ موردِ انتظارِ دانش‌مندان بود. فیزیک‌دانان گمان می‌کنند که نوسانِ طعمِ نوترینو هم‌چنین عاملِ اختلافِ کوچکی است که در شمارشِ نوترینوهای راکتورهای زمین به چشم می‌خورد. برای این‌که بتوان این تغییرات را در فواصلِ حدوداً چند متری توضیح داد، نیاز است که طعم‌های جدیدی برای نوترینو درنظر گرفته شود که جرمِ آن‌ها چند صد برابرِ حالت‌های پیشین است. این نوترینوها هم‌چنین نباید در برهمکنش‌های قابل آشکارسازی شرکت کنند.

برای یافتنِ این نوع نوترینو‌ها که به آن نوترینوهای استریل نیز گفته می‌شود، Adriana Bungau از دانشگاهِ Huddersfield از بریتانیا و هم‌کارانش در طولِ چند سال به بررسیِ واپاشیِ هسته‌ی لیتیوم پرداخته‌اند. این بررسی در مجله‌ی Physical Review Letter به چاپ رسیده است. ایزوتوپِ ناپایدارِ لیتیوم-8 به طورِ پیوسته از برخوردِ پروتون‌های پرانرژی به درونِ یک استوانه که محتویِ برلیوم-9 و به اندازه‌ی توپِ فوتبال است، تولید می‌شوند. این استوانه توسطِ لوله‌ای از جنسِ لیتیوم-7 و به اندازه‌ی یک فریزر، احاطه شده است. در طولِ پنج سال، هسته‌های در حالِ واپاشی در حدودِ 1023 پادنوترینو تولید می‌کنند. در حدودِ یک میلیون از این پادنوترینوها با انجامِ برهم‌کنش در یک آشکار سازِ 1000 تنی، که حدوداً درفاصله‌ی 10 متری قرار دارد نشانه‌هایی از خود به‌جا می‌گذارند.

اعضایِ این تیمِ پژوهشی تخمین می‌زنند که با استفاده از این چشمه‌ی عظیمِ نوترینوهای قابلِ آشکارسازی و نیز با استفاده از اطلاعاتی که به کمکِ اندازه‌گیری ناهنجاری‌ها (anomalie)، در موردِ پارامترهای مربوط به نوترینوی استریل می‌دانیم، امکانِ مشاهده‌ی کاهشی بسیار اندک در شمارِ نوترینوهای آشکارسازی‌شده وجود دارد. میزانِ این کاهش به طور متناوب، با انرژیِ نوترینو تغییر می‌کند که این رفتار، ویژگی مشخصه‌ی نوترینوی استریل است. منظور از تغییرات، اختلافِ کمی‌ست که در شمارِ نوترینوها وجود دارد. این نوترینوها از نظرِ انرژی با هم متفاوت هستند که این انرژی جزو مشخصه‌ی نوترینوهای استریل است. این تصویر می‌بایست بینِ مدلِ تک نوترینوی استریل و مدلِ دو ‌نوترینوی استریل، تفاوت قائل شود. مدلِ دوم (دو نوترینو) سازگاریِ بهتری با داده‌های آزمایش‌گاهی دارد.

psi.ir

 

[Campus]

[h=1]کاشفان ابرجامد این‌بار نشانی از آن نیافتند![/h]
وجود هلیوم «ابرجامد» از سال 2004 و در چندین آزمایشگاه ارایه شد؛ ماده‌ای عجیب که مثل رد شدن از دیوار البته در مقیاس اتمی است. از همان زمان نیز تردیدهایی درباره این ماده وجود داشت و اکنون عده‌ای از پژوهشگران می‌گویند نتایج قبلی ناشی از درک نادرست آزمایش بوده است. آن ها در آخرین آزمایش خود به دنبال پاسخ‌دهی به موضوعاتی هستند که از سوی دیگر محققان مطرح شد؛ زیرا عده ای از گروه‌ها، هیچ نشانی از هلیوم ابرجامد نیافته‌اند. با این حال پژوهشگران این حوزه معتقدند که پژوهش پیرامون ابرجامدیت، حوزه‌های جدیدی را گشوده است، همانند پژوهش‌هایی در مورد اثر کوانتومی اتم‌ها بر ویژگی‌های ماکروسکوپی مواد.

از لحاظ نظری در صورتی که بعضی از اتم‌ها جمع شوند و از شبکه اتمی معمول جامد عبور کنند، هلیوم یخ‌زده می‌تواند به «ابر»ماده تبدیل شود هرچند این پدیده با شهود ما مخالف است. در 2004، یونسئونگ کیم[1] و موسس چان[2] در دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا آزمایشی را گزارش کردند که شکل‌گیری یک ابرجامد را نشان می‌داد[1]. این گروه از نوسانگر پیچشی استفاده کردند که یک دیسک توخالی آویزان به یک میله است. آونگ به صورت ساعتگرد و سپس پادساعتگرد می‌چرخد و این کار به طور مرتب با بسامد تقریبی 1 کیلوهرتز تکرار می‌شود. میله سعی می کند تا نپیچد و بنابراین آونگ واداشته می‌شود. کیم و چان دیسک را با وایکور بسته‌بندی کردند که شیشه‌ای اسفنجی حاوی تخلخل‌هایی در مقیاس نانو است و وایکور را نیز با هلیوم پوشاندند. سپس نمونه را تا کسری از یک کلوین سرد کردند و برای برای ایجاد یخ هلیوم، فشاری بالا وارد نمودند.

چان توضیح می‌دهد:«هلیوم ابرجامد تغییر تکانه را دوست ندارد. بنابراین بخشی از هلیوم جامد باقی می‌ماند و در نوسان سهمی ندارد.» در صورت تشکیل ابرجامد هر چه بخش کمتری از ماده حرکت کند، نوسانگر نوسان کمتری دارد. آزمایشگاه‌های سراسر جهان یافته‌های مشابهی(برخی بدون وایکور) گزارش کردند اما مقدار نوسانات انحرافات عجیبی داشت.

سپس در 2007، جیمز دی[3] و جان بیمیش[4] در دانشگاه آلبرتای کانادا مقاله‌ای چاپ کردند که چالشی دشوار پیش پای کیم، چان و دیگر متخصصان این حوزه نهاد[2]. فرض کنید که هلیوم جامد کاملا سفت نباشد بلکه تا حدی کشسان باشد. این ویژگی باعث مقاومت در برابر پیچش می‌شود. اگر هلیوم جامد در هنگام سرد شدن سفت می‌شد، دوره نوسان کاهش می‌یافت(دوره نوسان مستقل از میزان جرم متحرک است). بیمیش می‌گوید: «باید واقعا دقت کرد که آیا [کمیت] اندازه‌‌گیری شده همان تغییر دوره است یا خیر، زیرا ابرجامدیت و اثرات کشسانی هر دو وابستگی دمایی یکسانی دارند.»

«اثر کشسانی» برای حجم‌های نسبتا بزرگ یخ هلیوم مهم است زیرا در این صورت نمی‌توان بلورهای کاملی شکل داد و در عوض ناپیوستگی‌های بلوری(به نام نابجایی) ایجاد می‌شود. نابجایی‌ها اجازه می‌دهند تا مجموعه‌ای از اتم‌ها روی هم بلغزند که منجر به وابستگی دمایی اثرات کشسانی می‌شوند. خلل‌های وایکور برای شکل گیری نابجایی‌ها بسیار کوچک هستند اما نگرانی در مورد فضاهای وسیله آزمایش وجود دارد زیرا این فضاها می‌توانند به اندازه کافی بزرگ باشند. عامل بدتر آن است که حتی مقادیر بسیار اندک هلیوم کشسان می‌تواند باعث تغییرات بزرگ در نوسان شوند و تمام اثر ابرجامدیت را مخفی کنند[3].

بسیاری دیگر از نتایج نظری و آزمایشگاهی در نهایت چان را قانع کردند تا آزمایش ها را دوباره اجرا کند. او با پژوهشگر پسادکترایش دوک کیم[5]، نوسانگر پیچیشی را کاملا از نو طراحی کرد و تمام احتیاط‌های لازم را برای حذف فضای هلیوم کشسان در نظر گرفت. این بار، تغییرات در نوسان کاملا غایب بودند؛ تغییراتی که به ابرجامدیت نسبت داده شده بود[4].

چان درک می‌کند که این نتیجه تقریبا فصل مربوط به هلیوم ابرجامد را می‌بندد: «من در موقعیت نامساعدی هستم زیرا خوم این موضوع را شروع کردم.» بیمیش اما می‌گوید:«من خوشحالم همان فردی بودم که علت [تفاوت‌ها] را یافت.» بیمیش تایید می‌کند که این اثرات فوق العاده ظریف هستند و به همین دلیل عیب‌یابی خیلی طول کشید:«من به چان بزرگترین اعتبار را می‌دهم، زیرا تمام این سال‌ها تلاش می‌کرد تا چیستی پدیده را دریابد نه این که تلاش کند تا نظر اولیه خود را ثابت نماید.» همچنین وی اشاره می‌کند که تلاش برای کشف ابرجامدها به واقع منجر پژوهش‌های جدیدی شده که آن را به نام کشسانی کوانتومی می‌شناسیم یعنی تمایل یک ماده برای تغییر شکل ماکروسکوپی بر اساس ویژگی‌های کوانتومی.

بیمیش می گوید هنوز هم شانس کمی برای یافتن ابرجامدیت وجود دارد. آزمایش‌های چان با همکارش یونسئونگ کیم که اکنون در موسسه پیشرفته علوم و فناوری در کره کار می کند؛ نشانه‌هایی از ابرجامدیت در بر دارد که نمی‌توان آن‌ها را با اثرات کشسانی توضیح داد. او می‌گوید: «آن آزمایش‌ها در حال حاضر مهمترین [آزمایش‌ها] هستند و [البته هنوز] فهمیده نشده‌اند.»

[1] Eunseong Kim

[2] Moses Chan

[3] James Day

[4] John Beamish

[5] Duk Kim

psi.ir

 

[Campus]

[h=1]ادعای دانشمندان در حل فرضیه جهان شبیه‌سازی شده[/h]
این پرسش که آیا ما در یک جهان واقعی زندگی می‌کنیم یا یک جهان شبیه‌سازی شده، برای قرنهای متمادی ذهن فلاسفه را بخود مشغول داشته و اکنون فیزیکدانان دانشگاه بن آلمان بر این باورند که توانسته‌اند راهی را برای آزمایش این نظریه شناسایی کنند.

به گزارش سرویس علمی خبرگزاری دانشجویان ایران(ایسنا)، «فرضیه شبیه‌سازی» مورد سوال بسیاری از فلاسفه از افلاطون گرفته تا سقراط قرار داشته است.
فیلم «ماتریکس» نیز بر این ایده که زندگی روزمره انسان در حقیقت یک شبیه‌سازی ساخته شده توسط یک رایانه بسیار قدرتمند بوده، صحه گذاشته است.

اما اکنون پس از گذشت 2000 سال از گفته افلاطون در مورد بازتاب ضعیف واقعیت عینی توسط حسهای انسانی، کارشناسان بر این باورند که توانسته‌اند این مسأله را حل کنند. این دانشمندان دست به ساخت آزمایشی زده‌اند که به ادعای آنها می‌تواند واقعی یا شبیه‌سازی بودن آن را مشخص کند.

آنها در این آزمایش از مدلهای ریاضیاتی «شبکه کرومودینامیک(QCD)» در تلاش برای بازسازی یک واقعیت شبیه‌سازی شده استفاده خواهند کرد.

به گفته این محققان، یک شبیه‌سازی از جهان بدون توجه به پیچیدگی آن باید دارای محدودیتهایی باشد که می‌تواند آن را آشکار کند.

برای شناسایی محدودیتهای آن، دانشمندان باید شبیه‌سازی خود از جهان را ایجاد کنند.

این محققان امیدوارند که بتوانند امکان عملی شدن این قضیه را از لحاظ نظری مشاهده کرده و حدود نیروی شر را شناسایی کنند.

شبکه کرومودینامیک کوانتومی یک رویکرد پیچیده بوده که به چگونگی ارتباط گلئونها و کوارکها در حالت سه بعدی می‌پردازد.

به اعتقاد فیزیکدانان، شبیه سازی فیزیک در این مرحله بنیادی کمابیش با شبیه‌سازی کارکرد خود جهان برابر خواهد بود.

اگرچه مشکل اصلی برای چنین شبیه‌سازیهایی این است که قانون فیزیک باید بر روی یک شبکه سه بعدی گسسته تحمیل شود که در زمان پیشرفت می‌کند. در این زمان است که می‌توان از این آزمایش استفاده کرد.

به گفته محققان، این فاصله شبکه‌ای باعث ایجاد یک حد بر انرژی موجود در ذرات شده چرا که هیچ چیز کوچکتر از خود این شبکه نمی‌تواند وجود داشته باشد.

در این حالت اگر جهان اطراف در حقیقت یک شبیه‌سازی رایانه‌ای باشد، باید یک میانبر در طیف ذرات پر انرژی ایجاد شود. در حقیقت این نوع میانبر انرژی در تابشهای کیهانی وجود داشته و به آن «حد گرایزن-زاپستین-کازمین» گفته می‌شود.

این پژوهش در مجله arXiv منتشر شده است.

ایسنا

 

[Campus]

[h=1]باکتری‌ها الکترون‌ها را در فواصل سانتی‌متری هدایت می‌کنند.[/h]
به تازگی گونه‌ای باکتری در اعماق دریا کشف شده است که الکترون‌ها را در طی فواصل سانتی‌متری هدایت می‌کند تا بتواند در محیطی با اکسیژن کم، با استفاده از سولفید هیدروژن تغذیه کند. این ادعای دانشمندانی در دانمارک و آمریکاست. آن‌ها نشان داده اند که هزاران میکرو ارگانیسم از یک رشته که یک سر آن‌ها به رسوبات اقیانوس و سر دیگرشان به آب شور می‌رسد، این کار را انجام می‌دهند. فهم این موضوع که این موجود زنده چگونه الکترون‌ها را انتقال می‌دهد، می‌تواند منجر به تکنولوژی جایگزینی برای تولید انرژی شود.

زیست شناسان می‌دانستند که خانواده دی‌سولفو‌بولباکی از باکتری‌ها با مصرف ترکیبات سولفور در اقیانوس خود را تقویت می‌کنند. این موجب تولید سولفید هیدروژن می‌شود که در غلظت‌های بالا سمی است. زمانی‌که این باکتری سولفید هیدروژن مصرف می‌کند باید در حضور اکسیژن باشد که طی این واکنش انتقال الکترون صورت گیرد. رسوبات اقیانوس معمولاً سطح اکسیژن خیلی پایینی دارند و مطالعات نشان داده است زمانی که دی‌سولفو‌بولباکی وجود دارد، سطح سولفید به طور یکنواخت و پیوسته افزایش می‌یابد. اما سپس اتفاق پیش‌بینی نشده‌ای می‌افتد. سطح سولفید به سرعت افت پیدا می‌کند انگار که رسوبات یک هجوم ناگهانی از اکسیژن را تجربه کرده‌اند. مسئله اینجاست که این افت به قدری سریع است که با نظریه‌ی پخش مولکول‌های هیدروژن قابل توجیه نیست. در عوض دانشمندان اندیشیده‌اند که نمونه‌های متفاوت بسیاری از این نوع باکتری در رسوبات وجود دارند و به طریقی الکترون‌ها را از نواحی با اکسیژن پایین به سمت آب شور که میزان اکسیژن موجود در آن زیاد است انتقال می‌دهند.

باکتری‌های منفرد

اکنون تیمی از فیزیک‌دانان دانشگاه کالیفرنیای جنوبی و دانشگاه آرهیوز از جمله محمد الناگر نگاه دقیق‌تری به باکتری‌های موجود در رسوبات داشته‌اند و کشف شگفت‌انگیزی کرده‌اند مبنی بر اینکه انتقال الکترون تنها به وسیله یک گونه از این باکتری‌ها انجام می‌شود. این باکتری‌ها، رشته‌هایی با ابعاد سانتی‌متر به وجود می‌آورند که از هزاران میکرو ارگانیسم به هم پیوسته تشکیل‌ شده‌اند. بعلاوه آزمایش‌هایی روی این رشته‌های کوچک نشان داده است که انتقال الکترون در طول ساختارهایی ریسمان‌‌مانند درون باکتری صورت می‌گیرد. خواص الکتریکی این رشته‌ها اولین بار با انجام اندازه‌گیری‌های تخلیه منبع مورد مطالعه قرار گرفت. باکتری رشته‌ای روی یک سطح عایق از جنس اکسید سیلیکون حاوی الکترود طلا رسوب داده شده بود. آن‌ها روی رشته‌هایی متمرکز شدند که دو الکترود را به یکدیگر متصل می‌ساختند. به این رشته‌ها ولتاژی اعمال می‌شد و سپس جریان الکترون اندازه گیری می‌شد. اما زمانی که ولتاژ به مقدار 10 ولت افزایش داده شد، هیچ جریان قابل اندازه‌گیری مشاهده نشد. این منجر شد تا گروه به این نتیجه برسد که باکتری‌ها مانند سیم هادی بدون روکش عمل نمی‌کنند بلکه فرآیند رسانش درون ورقه‌ای عایق مانند کابل الکتریکی صورت می‌گیرد.

ظرفیت بسیار بالا

برای فهمیدن این موضوع که کدامیک از بخش‌های درونی باکتری در انتقال الکترون مشارکت دارند، الناگر و همکارانش از میکروسکوپ نیروی الکترواستاتیک استفاده کردند. روش کار به این صورت است که یک الکترود بسیار کوچک در مجاورت سطح یک باکتری قرار داده می‌شود. این وسیله میزان تغییرات ظرفیت را با نوسان الکترود به سمت بالا و پایین اندازه گیری می‌کند. با پویش نوک میکروسکوپ روی سطح، دریافته شد که ساختارهای ریسمان‌مانندی که دقیقاً زیر غشای بیرونی باکتری هستند، ظرفیت بسیار بالایی یرای ذخیره ‌سازی بار الکتریکی دارند و هدف مطالعات آینده نیز هستند. فرآیندی که طی آن رسانش اتفاق می‌افتد هنوز به صورت یک راز است. گروهی معتقدند این رسانش مشابه رسانش نواری در فلزات و نیمه‌رسانا‌هاست. اما الناگر معتقد است تحرک الکترونی مشاهده شده بسیار کمتر از آن است که با این نظریه توضیح داده شود. در عوض او بر این باور است که الکترون‌ها از مدل پرشی تبعیت می‌کنند که طی آن در باکتری از مکانی به مکان دیگر پرش می‌کنند. او می‌گوید با کشف چگونگی انجام این فرآیند دری برای استفاده از تکنولوژی‌های جدیدی نظیر انرژی‌های تجدید پذیر گشوده می‌شود. این مطالعات در مجله Nature به چاپ رسیده است.

psi.ir

 

[Campus]

[h=1]مشاهده‌ی واپاشیِ مولکولی[/h]
میدان‌های قویِ لیزر می‌توانند پیوندهای موجود در یک مولکول را بشکند. به این ترتیب مولکول از هم پاشیده و پاره‌های اتمی بر جای می‌گذارد. درکِ این فرآیند، حتی در موردِ مولکول‌های ساده هم موضوعی چالش‌برانگیز است چون نیازمندِ انجامِ آزمایش‌هایی‌ست که در آن‌ها بتوان روندِ واپاشیِ مولکول را در مقیاسِ زمانیِ بسیار کوتاه، به خوبی دنبال کرد. هم‌اینک Maria Krikunova از موسسه‌ی فن‌آوریِ برلین و هم‌کارانش از دانش‌گاهِ هامبورگ گزارشی در Physical Review A به چاپ رسانده‌اند. این گزارش نشان می‌دهد که اعضای این گروه، تپ‌های فمتوثانیه‌ای از پرتوی ایکسِ نرم را به کار گرفته‌اند که توسطِ لیزرِ الکترون-آزاد (FEL) تولید می‌شود و به این ترتیب توانسته‌اند روندِ واپاشیِ القایی توسطِ لیزر را در مولکولِ دواتمیِ ید (I2) ره‌گیری کنند.

این گروه تپی پرشدت از لیزرِ فروسرخ را بر گازی متشکل از مولکول‌های I2 تابانده و موجبِ واپاشیدنِ این مولکول شدند. پرتوی لیزر با تابیدن به هر مولکولِ I2 ، دو تا از الکترون‌های موجود در بیرونی‌ترین اوربیتال را جدا کرده و به این ترتیب پیوندِ شیمیاییِ ید-ید را می‌شکند. تپ‌های پرتوی ایکس که فاصله‌ی زمانیِ میانِ آن‌ها به دقت با تپ‌های لیزرِ فروسرخ هم‌گام شده بود، به پژوهش‌گران کمک می‌کرد که چگونگیِ بازآراییِ الکترون‌های باقی‌مانده را، به هنگامِ آغازِ واپاشیِ مولکول ارزیابی کنند. آنان دریافتند که الکترون‌هایی که در ابتدا به صورتِ غیرِ جای‌گزیده در سرتاسرِ مولکول حضور داشتند، پس از شکستنِ پیوندِ شیمیایی، در هسته‌ی اتم‌های به جا مانده جای‌گزیده می‌شوند و سرانجام، نیروی رانشیِ میانِ دو هسته‌ی باردار به واپاشیِ کولنی منجر می‌شود. Krikunova و هم‌کارانش توانستند در میانِ این رخ‌دادهای پی‌درپی، رژیم واپاشی‌ای را مشخص کنند که مشاهده‌ی آن تا به امروز کار دشواری بوده است. در این رژیم به هنگام تاباندنِ نخستین تپِ لیزر، پاره‌های ایجاد شده از واپاشیِ مولکول از یک‌دیگر دور می‌شوند. این موضوع سبب می‌شود که کارِ جداسازیِ الکترون‌های بعدی آسان‌تر شده و بازدهیِ فرآیندِ یونیزه کردنِ مولکول افزایش یابد.

آزمایشِ انجام شده توسط Krikunova و هم‌کارانش که قدرتِ تفکیکِ زمانیِ بالایی دارد، در زمره‌ی نخستین آزمایش‌هایی‌ست که به کمکِ نسلِ نوینی از لیزرهای الکترون-آزاد با طولِ موج‌ِ کوتاه و تپ‌های کوتاه‌مدت انجام می‌شوند. هم‌چنان که این گروهِ پژوهشی روش‌های مبتنی بر لیزرِ الکترون-آزاد را برای ثبتِ عکس‌های فرآیندهای پرسرعت بهبود می‌بخشند، پژوهش‌گران به هدفِ پایانیِ خود، که ضبطِ فیلم از فرآیندهای مولکولی‌ست نزدیک‌تر می‌شوند.

psi.ir

 

[Campus]

[h=1]سردسازیِ مولکولی[/h]
قریب به سه دهه است که «بخار‌های سرد شده‌ی اتمی»، تأثیر بسیار زیادی بر افزایش دقت در طیف‌سنجی، ساخت ساعت‌های اتمی و مطالعه چگالش‌های بوز-اینشتین داشته است. فرآیند سرد‌سازیِ لیزری بر پایه گذار چرخشی می‌باشد که در آن میلیون‌ها فوتون بین دو ترازِ انرژی‌ِ یک اتم جذب یا گسیل می شوند، به نحوی که تکانه بین اتم و فوتون‌ها رد و بدل می‌شود. با تنظیمِ دقیق لیزر روی یک تشدید اتمی، ضربهٔ تکانه نهایی حرکت اتم‌ها را آهسته می‌کند، در این صورت گرمای آن‌ها گرفته می‌شود. طبیعی است سوأل کنیم آیا این فرآیند سردسازی لیزری برای مولکول‌ها نیز قابل تعمیم است؟ دسترسی به آنسامبل‌های مولکول‌های فرا‌سرد شده (انرژی جنبشیِ میانگین متناظر با دمای کم‌تر از یک میلی کلوین به حالتی فرا‌سرد اشاره دارد) تولید گاز‌های کوانتومیِ جدید، اندازه‌کیری‌های بسیار دقیقِ ثابت‌های بنیادی، ساخت ساعت‌های مولکولیِ جدید و کاربردهای بسیاری از محاسبات کوانتومی تا شیمی کوانتومی را فراهم می‌کند.

پیچیده‌گیِ ساختار داخلی مولکول‌های سرد موجب می‌شود تا این مولکول‌ها ویژگی‌های جالبی داشته باشند. این در حالی است که مولکول‌های سرد از لحاظ پدیده‌شناختی فواید بیشتری از اتم‌های در اصطلاح «سرد» دارند. به خاطر این موضوع نمی‌توانیم از فرآیندِ سرد سازیِ اتمی برای مولکول‌ها استفاده کنیم. دلیل این است که در مولکول‌‌‌‌‌ها انتخابِ دو ترازِ انرژیِ جدا دشوار است. وقتی مولکول‌ها برانگیخته می‌شوند، اغلب به یک حالتِ برانگیختهٔ ارتعاشی و چرخشی واپاشی می‌کنند. با این فرآیند، مولکول‌ها دیگر نمی‌توانند با میدانِ لیزرِ فرودی بر‌هم‌کنش کنند. ایسام مانای و همکارانش در آزمایشگاه آیم کوتون، در مجله فیزیک ریویو لِتِر از تلاش‌‌ فراوانشان برای سرد کردن مولکول‌ها به کمک لیزرها (دمایی در حدود ۳۰۰ درجه میلی کلوین) جهتِ رساندن آنها به حالت پایه ارتعاشی، چرخشی و الکترونی می‌نویسند .

از اواخر دههٔ ۱۹۹۰ باور به این موضوع که سرد ‌سازیِ مولکول‌ها به وسیلهٔ لیزرها عملی نمی‌باشد، موجب شد تا اکثر گروه‌ها، روی روشهایی دیگر از قبیل استفاده از کرایوگرافی و کاهش انرژی جنبشی مولکول‌ها در میدان‌های الکتریکی از طریقِ اثر اشتارک، تمرکز کنند. اگرچه این روش‌ها اغلب مؤثر هستند اما اجازه دسترسی به حالاتِ فرا سرد با دمایی زیر میلی کلوین را نمی‌دهند. اما در سال ۱۹۹۷ هنگامی که گروهی در اورسای یک نتیجهٔ شگفت‌انگیز ارائه کردند، سرد سازیِ ملکول‌ها با استفاده از لیزر‌ها مورد توجه قرار گرفت. آن‌ها تأکید کردند به جای آنکه مولکول‌ها را مستقیماً سرد کنیم، مولکول‌های فرا سرد شده می‌توانند به وسیلهٔ تکنیکِ به اصطلاح «انباشتگیِ فوتونی» از اتم‌های سرد شدهٔ قبلی بدست آیند (منظور انباشتگیِ فوتونی بدست آمده از لیزر است). با این تکنیک گروه نشان داد که دیمِرهای۱ مولکولیِ Cs2 به آسانی در دمایی در حدود ۳۰۰ میکرو کلوین به وسیلهٔ گیر افتادگیِ نوری-مغناطیسی بدست می‌آیند . در کم‌تر از چندین ماه مولکول‌های فرا سردِ Rb2 و K2 بدست آمدند . با این که این نتایج تحسین‌ برانگیز بود اما گفتنی است که چنین مولکول‌هایی از نظر جنبشی در اصطلاح کاملاً «سرد» هستند اما از نظر درونی در اصطلاح «گرم» هستند. این مولکول‌ها لزوماً در حالت پایه الکترونی نمی‌باشند. مهم‌تر از این، آن‌ها اکثراً در حالات برانگیختهٔ چرخشی (عدد کوانتومی j) و ارتعاشی (عدد کوانتومی n) هستند. به زبان ساده تلاش برای بدست آوردنِ مولکول‌هایی که هم از لحاظِ جنبشی و هم حالاتِ درونی سرد باشند، بدون نتیجه باقی ماند.

چندین روش برای حل این مسئله پیشنهاد شد. محققان راه‌های مختلفِ انباشتگیِ فوتونی را برای انتقال مولکول‌ها از حالاتِ چرخشی-ارتعاشیِ برانگیخته به حالت پایه (اعداد کوانتومیn و j صفر باشد) بررسی کردند. سِیگ باریکه‌ای از فوتون‌ها را بر مولکول‌های RbCs تاباند، سپس بعضی از مولکول‌ها را به کمک گسیل القایی به حالت پایهٔ ارتعاشی برد . طی آزمایشی انجام شده در دانشگاه کولورادو در بولدر، از فرآیندِ سردسازیِ اتم‌ها به روش مغناطیسی برای مولکول‌ها استفاده کردند. سپس مولکول‌ها را توسط یک فرآیندِ همدوس رامان (یک سیستمِ لیزری با موج دندان اره‌ای) به حالت پایه رساندند. با این حال استفاده از چنین روش‌هایی پر دردسر می‌باشد، از طرفی می‌توان گفت که نمونه‌ مولکول‌های سرد بدست آمده از این روش کیفیت لازم را ندارند.

برای ساده‌تر شدنِ فرآیندِ سردسازیِ حالت‌های چرخشی و ارتعاشی، محققان از ایدهٔ آلبرت کاستلِر استفاده کردند . در سال ۱۹۵۰ کاستلِر اولین کسی بود که ایدهٔ سردسازی را به وسیلهٔ دمشِ اپتیکی مطرح کرد، روشی که او در اصطلاح «پرتو افکنیِ سرمایشی» نام گذاری کرد. کاستلر پیشنهاد کرد که دمشِ اپتیکی در درون ساختار فوق ریزِ یک سیستم اتمیِ، می‌تواند این سیستم را به پایین‌ترین حالت انرژی خود ببرد. طبق ایده‌ کاستلِر، اتم‌های حالت‌ِ بالاتر می‌توانند برانگیخته شوند و سپس به حالتی پایه واپاشی کنند. این حالت پایه را در اصطلاح «تاریک» می‌نامند، به این معنی که در یک فرآیندِ برانگیختگیِ اپتیکی، اتم‌هایی که در تراز تاریک هستند برانگیخته نخواهند شد. انرژی اتم‌‌های برانگیخته به شکل نور گسیل می‌شود. ایده کاستلِر از اصول پایه‌ایِ سردسازی است که در آن اتم‌ها در برخورد با شش باریکه لیزری به اصطلاح «کُند» می‌شوند. این فرآیند یکی از پر کاربرد‌ترین روش‌های سردسازی می‌باشد. حال سوأل این است که چه‌ طور با اصولی مبتنی بر دمشِ اپتیکی می‌توان مولکول‌ها را با درجه آزادی‌های چرخشی و ارتعاشی سرد کنیم؟

در سال ۲۰۰۸ گروه اورسای اولین گام را با حل بخش ارتعاشیِ مسئله برداشت. روش آن‌ها مبتنی بر طیفِ گسترده‌ای از پالس‌های لیزریِ کوتاه بود. آن‌ها با حذفِ پالس‌های دارای انرژی بالا، قطاری از پالس‌های لیزریِ ۱۰۰ فِمتو-ثانیه‌ای تشکیل دادند. این کار تضمین می‌کند، پالس‌ها نمی‌توانند حالت ارتعاشی ۰=n را برانگیخته کنند، در حالی که آن‌ها همهٔ حالاتِ ارتعاشیِ ۰≠n را از یک حالتِ پایه الکترونی به حالت دیگر، برانگیخته می‌کنند. زمانی که گسیل خودبه‌خودی رخ دهد، کسری از جمعیت اتم‌ها به تراز n =۰ واپاشی می‌کند، بنابراین بعد از چندین بار دمش، جمعیت اتم‌ها در آنجا افزایش می‌یابد. در این حالت نمونهٔ ما از لحاظ ارتعاشی سرد خواهد شد (شکل را ببینید). در آزمایشگاه این فرآیند به شکل بسیار شگفت‌ انگیزی انجام شده است. حدود ۶۵ درصد اتم‌های ۱۰ تراز پایینِ حالت‌های ارتعاشی، ظرف مدت ده میکرو ثانیه به تراز پایین آمده و سرد می‌شوند.

طبق مطالب گفته شده هنوز حل بخش چرخشی مسئله به عنوان یک چالش مطرح است. آزمایش‌های سردسازی واکیم که بر اساس دمش اپتیکی می‌باشد نیز نشان داد، درجه آزادیِ ارتعاشی و چرخشی ملکول‌ها از هم مستقل نمی‌باشد. وقتی ملکول‌ها از یک حالتِ الکترونیِ برانگیخته‌ واپاشی می‌کنند لزوماً به حالات چرخشیِ اولیه بر‌نمی‌گردند. یعنی مولکول‌ها با حالاتی چرخشی، به ترازهایی با اعدادکوانتومی دورانی بالاتر گذار می‌کنند. به عبارت دیگر، در حین سردسازیِ ارتعاشی، مقداری گرم‌شدگیِ چرخشی خواهیم داشت. درک این نکتهٔ مهم، کلیدِ حل مسئله برای سردسازیِ هم‌ زمان چرخشی و ارتعاشی می‌باشد.

گروه اورسای مشاهده کردند، سردسازیِ چرخشی-ارتعاشی با استفاده از لیزر ضربه‌ای امکان پذیر نمی‌باشد. سردسازیِ ارتعاشی به وسیلهٔ شکافتگی‌های بزرگِ سطوح انرژی ارتعاشی ممکن می‌باشد. این کار اجازه‌ می‌دهد پالسی از لیزر تعدادی از تراز‌های ارتعاشی را برانگیخته کند در حالی که تراز تاریکِ ۰= n ایجاد شود. در مقابل اختلافِ سطوح انرژیِ چرخشی نسبت به هم کم می‌باشد، به ویژه برای مولکول‌های دو اتمی با اتم‌های سنگین، مثل Cs2 این مطلب مشهود است. استفاده از پالسِ دمشیِ کوتاه برای ساختِ حالت پایهٔ ارتعاشی-چرخشی ۰= n و j=۰ غیر ممکن است. برای رفع این مشکل، از یک لیزر دیودی‌ِ موج-پیوسته به عنوانِ لیزر دمشیِ کمکی استفاده می‌کنیم. از آن جایی که تراز‌های چرخشی گسسته و متناسب با j(j+1) هستند، فرکانسِ لیزر به طور رفت و برگشتی مولکول‌های ده ترازِ پایینِ چرخشی (به ترتیب از j=۱ تا j=۱۰) را برمی‌انگیزد. ترکیبی از برانگیختگی و گسیلِ خودبه‌خودیِ لیزر، منجر به وارونیِ جمعیت از ترازهای چرخشی بالاتر به سمت تراز j=۰ می‌شود. این وارونی جمعیت به صورتِ پلکانی و رفت و برگشتی اتفاق می‌افتد. با استفاده از ترکیبِ دمش ارتعاشی با سردسازیِ چرخشی در کم‌تر از ۱۰۰ میکروثانیه ۴۰ درصد از مولکول‌های سرد شده به تراز پایهٔ مطلق (۰= n و j=۰) منتقل می‌شوند.

نکتهٔ قابل توجه این جاست، مانای و همکارانش به فرآیندی که تصور می‌شد برای سردسازی مولکول‌ها غیر ممکن می‌باشد، دست یافتند. با این وجود روش سرد سازیِ یک آنسامبلِ بزرگ و چگال هنوز حل نشده باقی مانده است. حال اگر بخواهیم روش گروه تحقیقاتی اورسای را به سیستم‌های مولکولی پیچیده از قبیل مولکول‌های قطبی تعمیم دهیم، به چالش بزرگی بر می‌خوریم. دسترسی به مولکول‌های سرد شدهٔ چرخشی-ارتعاشی، ممکن است کاربردهایی در پیش‌بینی نظریه های ماورای استاندارد مدل داشته باشد :گشتاور دوقطبی الکتریکیِ غیر صفر الکترون (EDM). تصور می‌شود اگر اندازه‌گیریِ دقیق دوقطبی‌های الکتریکی (تحت شرایطِ مولکول‌های فرا سرد در حالت پایهٔ ارتعاشی-چرخشی) انجام گیرد، EDM از علائم طیف مولکولی بدست می‌آید.

۱- مولکولی متشکل از دو مولکولِ یکسان با ساختاری ساده‌تر، دیمر نامیده می‌شود.

psi.ir

 

[Campus]

[h=1]ابداع شیوه‌ای برای تبدیل ابر برخورد دهنده سرن به سریع‌ترین کرنومتر جهان[/h]
شیوه ابداعی محققان دانشگاه فناوری وین در نگه داشتن زمان می‌تواند برخورد دهنده مرکز سرن را به دقیق‌ترین کرنومتر جهان تبدیل کند.

به گزارش سرویس فناوری خبرگزاری دانشجویان ایران (ایسنا)، در حوزه اندازه‌گیری بازه‌های زمانی بسیار کوتاه، دانشمندان از پالس‌های لیزری فرابنفش استفاده می‌کنند؛ در حال حاضر امکان تشخیص طول پالس در حدود یک اتوثانیه وجود دارد، اما به نظر می رسد که برخورد دهنده مرکز سرن بتوانند این رکورد را تغییر دهند.

این پالس‌های نوری در حال حاضر قابل اندازه‌گیری نیستند، اما تجهیزات جدید که تا سال 2018 در مرکز سرن نصب خواهند شد، امکان اندازه‌گیری زمان در کوتاهترین بازه زمانی ممکن را فراهم می‌کند.

دکتر «آندراس ایپ» از محققان موسسه فیزیک نظری دانشگاه ‌تکنولوژی وین (TU) تأکید می‌کند: هسته اتمی در برخورددهنده بزرگ هادرونی (LHC)‌ مرکز سرن یا برخورددهنده یونهای سنگین نسبیتی (RHIC) قادر به تولید پالس‌های نوری یک میلیون بار کوتاهتر هستند.

این ساعت، زمان را بر اساس پالس‌های نوری بسیار کوتاه، هنگامی که هسته متعلق به اتم‌های سنگین مانند سرب با سرعت بسیار زیاد درون برخورد دهنده با یکدیگر تصادم می‌کنند، نگه می‌دارد.

هنگامی که هسته اتم برخورد داده می‌شود، سوپ زیر اتمی «پلاسما کوارک - گلوئون» بین اتم ها بوجود می‌آید که از این پلاسما، پالس‌های نوری بسیار کوتاه ساطع می‌شود.

تکنیک‌های اندازه‌گیری فعلی برای سنجش نور در مقیاس سپتیلیون ثانیه کارآیی ندارند، اما محققان امیدوارند که با تجهیز مرکز سرن به ابزار جدید، این ساعت قادر به اندازه‌گیری زمان در یک سپتیلیون ثانیه یا (10-24) 10 به توان منفی 24 ثانیه باشد.

روش جدید در شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای بارها مورد آزمایش قرار گرفته است، اما آزمایش عملی این ساعت تا شش سال آینده و نصب تجهیزات جدید در مرکز سرن بطول می‌انجامد.

نتیجه دستاورد محققان در مجموعه مقالات فیزیک انجمن فیزیک آمریکا منتشر شده است.

ایسنا

 

[infrequent]

شمارش فوتون‌ها در پلاسمای کوارک-گلوئونی

شمارش فوتون‌ها در پلاسمای کوارک-گلوئونی

مطالعه پلاسمای کوارک-گلوئونی (QGP) کار چندان ساده‌ای نیست. حتی تعیین میزان داغی این نوع پلاسما نیز با دشواری‌هایی همراه است. اما محصول فوتونی به دست آمده از مراحل ابتدایی شکل‌گیری پلاسمای کوارک-گلوئونی، «دماسنج» مناسبی به شمار می‌رود و در سال‌های اخیر نیز اندازه‌گیری‌های دقیقی به طور مشترک توسط آزمایشگاه ملی بروکهاون و شتاب‌دهنده هادرونی بزرگ (LHC) در این رابطه انجام گرفته است. با این حال درک نظری سازوکارهای فیزیکی که منجر به تولید این فوتون‌ها می‌شوند هنوز در پرده‌ای از ابهام قرار دارد.

به تازگی در مقاله‌ای که توسط گوکچه بشار (Gökçe Başar) و همکارانش از دانشگاه استونی بروک ( Stony Brook University) نیویورک در فیزیکال ریویو لترز (Physical Review Letters) چاپ شده است، سازوکاری برای تولید فوتون‌ها در پلاسمای کوارک-گلوئونی بر اساس یکی از ویژگی‌های شناخته شده کرومودینامیک کوانتومی (QCD) به نام «ناهنجاری همدیس» پیشنهاد شده است. نظریه QCD به عنوان یک سیستم کلاسیک از نوعی تقارن ویژه (ناوردایی همدیس) برخوردار است که این تقارن توسط اثرات کوانتومی در هم شکسته می‌شود. بشار و همکارانش نشان داده‌اند که در هم شکستن غیرعادی این تقارن در حضور میدان‌های مغناطیسی قوی نظیر میدان‌هایی که در پلاسمای کوارک-گلوئونی وجود دارند، می‌تواند منجر به سازوکارهای جدیدی برای تولید فوتون شود. آن‌ها همچنین نشان داده‌اند که تعداد فوتون‌های تولید شده در این سازوکار را می‌توان با استفاده از علائم تجربی شناخته شده تخمین زد. با ین حال تحلیل‌های مفصل بیشتری برای درک نقش سازوکار پیشنهادی در مورد پلاسمای کوارک-گلوئونی نیاز است و ما همچنان مشتاقانه در انتظار انتشار نتایج این تحلیل‌ها هستیم.

 

[infrequent]

انتشار نور با سرعت بی‌نهایت در یک نانوابزار

انتشار نور با سرعت بی‌نهایت در یک نانوابزار

گروهی از فیزیک‌دانان و مهندسان از انتشار نور مرئی با سرعتِ بی‌نهایت درون یک قطعه‌ی نانو‌متری خبر می‌دهند. این وسیله موجب برقراری ارتباطِ آنی نمی‌شود (حد بالای سرعت مطابق نظریه نسبیت اینشتین هم‌چنان برقرار است) اما کاربرد‌های مختلفی برای نمونه، در ساخت مجموعه مدار اپتیکی دارد.

وِنشان کای، مهندس برق در مؤسسه جورجیا می‌گوید: اثبات چنین موضوعی در عین جالب بودن، بسیار مفید می‌باشد.

همواره در خلأ نور با تندی ۳۰۰٫۰۰۰٫۰۰۰ متر بر ثانیه انتشار می‌یابد. در یک ماده مثل شیشه نور با تندی کم‌تری منتشر می‌شود. نسبت تندی نور در خلأ به تندی نور در ماده ضریب شکستِ محیط نامیده می‌شود که مشخصاً بزرگتر از یک می‌باشد. به هر حال دانشمندان به بررسی برهمکنش نور با ماده پرداخته اند تا ضریب شکست‌های عجیب و غریبی از جمله ضریب شکستِ منفی بدست آورند. ضریب شکستِ منفی به خمشِ نور منجر می‌شود.

هم اکنون آلبرت پولمن، فیزیکدانی عضو مؤسسه FOM در آمستردام و نادر انقطاع مهندس برق ایرانی در دانشگاه پنسیلوانیا به همراه همکارانشان موفق به انجام کار بزرگی شده اند. آن‌ها وسیله‌ای کوچک ساخته اند که ضریب شکست نور مرئی در آن صفر می‌باشد به همین منظور امواج نوری با طول موجی خاص بسیار سریع حرکت می‌کنند.

این وسیله میله‌ای مستطیلی شکل از جنس سیلیکون دی اُکسید (نارسانا) با ابعاد ۲۰۰۰ نانومتر طول و ۸۵ نانومتر ضخامت می‌باشد که توسط نقره (رسانا) احاطه شده است. به دلیل خاصیت رسانا نور نمی‌تواند از دیوارهٔ از جنسِ نقره خارج شود. در نتیجه محیطِ انتقال دهندهٔ نوری به اسم موج‌بر داریم. محققان با انتخاب پهنای سیلیکون دی اُکسید از ۱۲۰ تا ۴۰۰ نانومتر، وسایل گوناگونی ساختند. آن‌ها گزارش کار خود را در مجله فیزیکال ریویو لِتِر بیان می‌کنند.

در چنین موج‌بری چون که میدان‌های الکترومغناطیسی بایستی از شرایطِ مرزی معینی روی دیواره‌های موج‌بر تبعیت کنند، نور به شکل متفاوتی رفتار می‌کند،. نور با طول موج کوتاه بین دو انتهای موج‌بر به طور رفت و برگشتی جست و خیز می‌کند. قله‌ها و فرورفتگی‌های امواج رو در رو انتشار کننده با یکدیگر هم‌پوشانی می‌کنند. نتیجه این هم‌پوشانی تولید الگویی از نوار‌های تاریک و روشن می‌باشد. وقتی طول موج از طول موج قطع۱ بیشتر باشد، در موج‌بر گسیلِ نور نخواهیم داشت.

درست در طول موج قطع، اجسام رفتارهای جالبی از خود نشان می‌دهند. در این طول موج به جای تولید الگوی نواری تمامی موج‌بر روشن خواهد شد. طبق این مطلب جای آنکه قله‌های امواج در فاصله‌های مساوی از هم باشند، رفتار امواج به گونه است که قله‌ها با سرعت بسیار زیادی حرکت می‌کنند و در آنِ زمانی هر جایی هستند. بنابراین نور به شکل همگام در طول موج‌بر نوسان می‌کند.

پیش‌تر، انقطاع و گروهش ضریب شکست صفر را برای تابش با طول موج بزرگتر (ریزموج) تولید کرده بودند. تکرار این کار برای نور مرئی سخت‌تر بود چون که وسیله جدید برای نگه داشتن نور خیلی کوچک است. در عوض محققان باریکه‌ای از الکترون‌ها را برای تولیدِ نور با همه طول موج‌ها، درون موج‌بر روانه کردند و نور خروجی از آن را اندازه‌گیری کردند. مقدار روشنایی نور در یک طول موجِ خاص به این بستگی دارد که باریکهٔ الکترون به مکانِ تاریک یا مکانِ روشنِ ایجاد شده توسط آن طول موج وارد می‌شود.

بنابراین محققان با بررسی باریکه در طولِ موج‌بر و نمایش خروجی، الگوی نوری در هر طول موج را یافتند. چی تینگ چان از فیزیک‌دانان دانشگاه هنگ کنگ می‌گوید: این در نوع خود بهترین نانو-ساخت و مشخصه‌یاب است.

بنابراین سوأل این جاست، چطور موج نوری با چنین آرایشی از قله‌ها که در بالا ذکر شد نسبیت را نقض نمی‌کند؟ انقطاع توضیح می‌دهد که نور دو نوع تندی دارد. سرعت فاز نشان می‌دهد که موج‌های با یک طول موجِ مشخص چقدر سریع حرکت می‌کنند. این در حالی است که سرعت گروه نشان می‌دهد که نور انرژی یا اطلاعات را چقدر سریع انتقال می‌دهد. انقطاع می‌گوید: تنها سرعت گروه در موج‌بر بایستی کم‌تر از سرعت نور در خلأ باشد.

دکتر انقطاع می‌گوید: این وسیله کاربردهای گوناگونی دارد. چون نور خروجی از موج‌بر در اصطلاح «هم‌گام» است، با خمش موج‌بر می‌توان آنتنی گسیل کنندهٔ موج نوری با جبهه‌های فازیِ۲ در اصطلاح «منظم» شکل داد. به علاوه این وسیله می‌تواند به ساخت مجموعه مدارهای اپتیکی کمک کند.

آرایه ای از این موج‌برها حتی می‌تواند ماده‌ای بزرگتر با ضریب شکست صفر تولید کند. اما ساخت چنین آرایه‌ای چالش‌برانگیز است. کای می‌گوید: با اینکه در تئوری این کار ساده است اما به طور آزمایشگاهی این کار بسیار سخت است.

1- بیشینه‌ی طول موجی که می‌تواند در یک موج‌بر الکترومغناطیسی منتشر شود، طول موج نام دارد.
2- جبهه فاز به بردار موج اشاره دارد. جهت بردار موج با بردار پوئینتینگ (بردار انتقال انرژی) یکسان نیست.

psi.ir

 

[infrequent]

احتمال کشف یک ماده جدید در سرن

احتمال کشف یک ماده جدید در سرن

دانشمندان برخورددهنده بزرگ هادرونی در مرکز سرن بر این باورند که آزمایشات آنها احتمالا منجر به ایجاد یک گونه جدید از ماده شده است.

به گزارش علم پرس به نقل از ایسنا،‌به گفته دانشمندان، برخوردهای میان پروتونها و یونهای سرب در این برخوددهنده منجر به یک رفتار شگفت‌انگیز در برخی از ذرات ایجاد شده توسط این برخوردها شده است.

این امر نشان می‌دهد که برخوردها ممکن است یک گونه جدید از ماده موسوم به چکیده رنگ شیشه‌ای شده باشد.

هنگامی که پرتوهای ذرات در سرعت بالا با یکدیگر برخورد می‌کنند، این تصادم منجر به ایجاد صدها ذره جدید شده که بیشتر آنها از نقطه برخورد با سرعت نزدیک به نور دور می‌شوند.

با این حال این محققان متوجه شدند که در دو میلیون برخورد سرب و پروتون، برخی از جفت‌ذرات، در جهت‌های مرتبط، از یکدیگر دور می‌شوند.

به گفته محققان موسسه فناوری ماساچوست که در این پژوهش همکاری داشته‌اند، این ذرات تا حدی در یک جهت پرواز کرده اگرچه هنوز مشخص نیست که چگونه این جهت را با یکدیگر هماهنگ می‌کنند.

پژوهشهای پیشین این دانشمندان در دو سال قبل نشان دهنده الگوی مشخص مشابهی در برخوردهای پروتون با پروتون بود. این الگوی پروازی مشابه همچنین در زمان برخورد یونهای سرب و دیگر فلزات سنگین مانند طلا و مس با یکدیگر دیده شده است. این برخوردهای یون سنگین باعث ایجاد یک موج از پلاسمای کوارک گلئون می‌شود.

در برخورددهنده بزرگ هادرونی، این موج برخی از ذرات ایجاد شده را ارسال می‌کند که مسؤول هماهنگ شدن مسیر پروازی این ذرات است.

طبق فرضیه‌ها، برخوردهای پروتون با پروتون ممکن است یک موج مایع مانند از گلئون را ایجاد کند که به چکیده رنگ شیشه‌ای موسوم است.

این گروه متراکم گلئون همچنین ممکن است باعث ایجاد الگوی برخورد غیرمتعارف شود که در برخوردهای پروتون با یون سرب دیده شده است.

محققان پیش از مشاهده مسیر مرتبط ذرات در برخوردهای پروتون با پروتون، وجود این ماده جدید را فرضیه‌سازی کرده بودند.

درحالیکه پروتونها در سطوح انرژی عادی از سه کوارک برخوردارند، در سطوح بالاتر انرژی به دستیابی به یک خوشه همراه گلئون گرایش پیدا می‌کنند.

این گلئونها هم در ذرات و هم در موج وجود داشته و عملکرد موجی آنها با یکدیگر قابل هماهنگی است.

این درهم تنیدگی کوانتومی نشان می‌دهد که چگونه ذراتی که از محل برخورد دور شده‌اند، می‌توانند از اطلاعات مشترک مانند جهت پرواز برخوردار باشند.

به گفته دانشمندان، اگرچه این هماهنگی یک تاثیر بسیار کوچک بوده اما به مسائل بنیادی‌تر در چگونگی چیدمان فضایی کوارکها و گلئونها در یک پروتون اشاره دارد.

محققان تجربه CMS مرکز سرن در اصل قصد داشتند که از برخوردهای سرب و پروتون به عنوان یک سیستم مرجع برای مقایسه با برخوردهای سرب با سرب استفاده کنند اما تاثیرات پلاسمای کوارک گلئون آنها را شگفت‌زده کرد.

این تجربه تنها چهار ساعت بطول انجامید اما این محققان قصد دارند در ماه ژانویه برای چندین هفته این برخوردهای سرب و پروتون را تکرار کنند که به آنها اجازه خواهد داد تا امکان ایجاد یک مایع را توسط این برخوردها بسنجند.

این امر می‌تواند توضیحات احتمالی را واقعی‌تر کرده و نشان دهد که آیا تاثیرات دیده شده در برخوردهای پروتون با پروتون، سرب و پروتون و سرب با سرب با هم ارتباط دارند.

این پژوهش در مجله Physical Review B منتشر شده است.

علم پرس

 

[infrequent]

آب‌وهوای منطقه شمال ایران در دوره کواترنری بازسازی شد

آب‌وهوای منطقه شمال ایران در دوره کواترنری بازسازی شد

متخصصان سازمان زمین‌شناسی با استفاده از دیرین مغناطیس، آب‌وهوای دوره کواترنری (دوره چهارم زمین‌شناسی) شمال ایران را بازسازی کرده‌اند.

دکتر حبیب علی‌محمدیان در این زمینه به خبرنگار علمی خبرگزاری دانشجویان ایران (ایسنا) گفت: در مطالعات دیرین‌مغناطیس مناطقی از نکا، ساری و روستای کلت، مشخص شد که این بخش از کشور از 48 هزار سال پیش تا 10 هزار سال پس از آن، چهار دوره آب‌وهوایی را پشت سر گذاشته است.

به گفته مسوول آزمایشگاه دیرینه‌ مغناطیسی سازمان زمین‌شناسی و اکتشافات معدنی کشور، طبق این مطالعات، 48 هزار سال پیش در ناحیه شمال ایران یک دوره آب و هوای بین یخچالی (نسبتاً گرم و مرطوب) حاکم بوده است.

علی‌محمدیان افزود: تا 10 هزار سال پس از این دوره، دو دوره یخچالی (سرد و خشک) و یک دوره‌ بین یخچالی (گرم و مرطوب) دیگر نیز در این ناحیه به وقوع پیوسته است.

وی درباره شیوه انجام بررسی‌های دیرین مغناطیسی برای شناسایی آب و هوای گذشته گفت: دیرین‌مغناطیس‌شناسی در واقع مطالعه‌ جهت‌ها و شدت میدان مغناطیسی زمین در سنگ‌هاست که به کمک کانی‌هایی صورت می‌گیرد که علاوه بر ثبت جهت میدان مغناطیسی، شدت مغناطیس را نیز در خود حفظ می‌کنند.

به گفته علی محمدیان با توجه به این موضوع که هوای گرم و مرطوب، پذیرفتاری (قابلیت مغناطیزه شدن یک ماده) کانی‌ها را بالا می‌برد و هوای سرد و خشک، پذیرفتاری آنها را پایین می‌آورد، می‌توان از سنجش میزان پسماند مغناطیسی کانی‌ها برای شناسایی آب وهوای دیرین زمین استفاده کرد.

مسوول آزمایشگاه دیرینه‌ مغناطیسی سازمان زمین‌شناسی و اکتشافات معدنی کشور توضیح داد: توضیح و تخمین چرخه‌های آب و هوایی تنها با روش‌های خاص مانند سنجش ایزوتوپ‌های کربن 13، کربن 14 و اکسیژن 18، امکان پذیر است؛ اما مغناطیس‌شناسی، راحت‌ترین و کم‌هزینه‌ترین راه است که با دقت بیشتری نیز دوره را تخمین می‌زند.

وی با اشاره به اینکه این مطالعات مربوط به پروژه دکتری یکی از دانشجویان وی - مهدی‌پور- بوده است، یادآور شد: سال گذشته نیز محمد پاک‌نیا با روش چینه‌نگاری مغناطیسی و سن‌یابی فسیل‌های ایندکس مانند فسیل آمونیت، سه زون آب و هوایی را در منطقه جاجرم البرز شرقی مرز باتونین- کالووین (ژوراسیک میانی) شناسایی کرده بود.

این محقق سازمان زمین‌شناسی و اکتشافات معدنی، خاطرنشان کرد: رسوبات لوس (یک لایه از خاک حاوی سنگ و مواد معدنی) شمال ایران، به عنوان نمونه در سازمان زمین‌شناسی و اکتشافات معدنی کشور بررسی شده و اگر امکان آن را داشته باشیم که دانشجوی دکتری دیگری بپذیریم، همین پروژه را بر روی رسوبات لوس سایر مناطق نیز انجام خواهیم داد.

علی‌محمدیان در تبیین هدف اصلی از بررسی رسوبات لوس مناطق مختلف کشور گفت: اگر بتوانیم تمامی مناطق را با روش دیرین‌مغناطیس بررسی کنیم، مطابق استانداردهای جهانی، الگویی برای تغییرات آب و هوایی گذشته ایران ارائه خواهیم داد.
ایسنا

 

[infrequent]

وزن کردن فوتون‌ها با سیاهچاله‌‌

وزن کردن فوتون‌ها با سیاهچاله‌‌

سیاهچاله‌ها معمولا فرمانبردار نیستند اما ذره‌ای با وزن بسیار سبک می‌تواند از لحاظ نظری با منفجرکردن «بمب سیاهچاله‌ای»، سیاهچاله‌های چرخان را متوقف کند. محاسبات جدیدی که در فیزیکال ریویو لترز منتشر شده، نشان می‌دهد که اگر فوتون‌ها یا ذرات شبیه فوتون جرم داشته باشند، می توان آن ها را بمب سیاهچاله ای در نظر گرفت. یک فوتون جرمدار از لحاظ نظری غیرممکن نیست بلکه جرمدار شدن فوتون نشانه ای از پاشندگی نور و وجود تک قطبی های مغناطیسی است. با این حال، وجود قطعی سیاهچاله های چرخان (بمباران نشده) این امکان را محدود می کند و به نویسندگان امکان داد تا سخت ترین حد را بر جرم فوتون قرار دهند.

بمب های سیاهچاله ای و قید آن بر جرم فوتون

​

فیزیکدانان نشان داده اند که اگر طول موج کامپتون (متناسب با معکوس جرم ذره) یک ذره اسپین صفر فرضی-بوزون اسکالر- تقریبا مساوی شعاع سیاهچاله باشد، آن ذره می تواند به شکل کوانتومی با سیاهچاله مقید شود. این «اتم» گرانشی باعث اثر گریز یا بمباران شده و در زمانی نسبتا کوتاه انرژی دورانی سیاهچاله را تهی می کند.

پائولو پانی در دانشگاه فنی لیسبون-پرتغال و همکارانش، این بررسی ها را به ذرات جرمدار اسپین 1 مانند فوتون های جرمدار تعمیم دادند. محاسبات در این حالت بسیار دشوار است؛ بنابراین محققان سیاهچاله های چرخان کُند را مطالعه کردند و سپس نتایج خود را برای چرخش تند برونیابی کردند. آن ها فهمیدند که ذرات اسپین 1 جرمدار، نسبت به ذرات اسکالر (اسپین 0) «بمب»های قدرتمندتری هستند. چرخش مشاهده شده برای سیاهچاله های ابرجرمدار، فوتون هایی(یا ذراتی شبیه فوتون که در بعضی نظریات در ماده تاریک نقش دارند) با جرم بالای 4×10−20 eV را غیر محتمل می داند.

psi.ir

 

[infrequent]

شمارش فوتون ها با گیرنده نوری قورباغه

شمارش فوتون ها با گیرنده نوری قورباغه

یک سلول گیرنده نوری استوانه ای، ساخته شده از چشم قورباغه، تبدیل به آشکارگری بسیار حساس شده که می تواند فوتون ها را بشمارد و همدوسی پالس های بی نهایت ضعیف نور را تعیین کند.


این گیرنده که توسط پژوهشگرانی در سنگاپور ساخته شده، می تواند باعث ساخت آشکارسازهای ترکیبی نور شود. این دست آشکارسازها در سلول های زنده وجود دارد. چشمان انسان و دیگر ارگانیسم های زنده آشکارسازهایی بسیار حساس و همه کاره برای نور هستند و اغلب بهتر از ابزارهای دست ساز بشر کار می کنند.

سلول گیرنده نوری استوانه ای در رتینای انسان به یک فوتون پاسخ می دهد. این کا تنها از حساس ترین آشکارسازهای دست ساز بشر بر می آید. به علاوه، این که چگونه با مطالعه چشم آشکار سازهای بهتری بسازیم، باعث می گردد درک بهتری از عملکرد آن کسب کنیم و قطعات «زیست کوانتومی» را بیشتر و بهتر توسعه دهسم. در قطعات زیست کوانتومی، مولفه های زیست شناسی و اجزای دستساز را ترکیب کرده تا جنبه های اپتیک کوانتومی مانند نور فشرده را مطالعه نماییم.

در این تحقیق اخیر، لئونید کریویتسکی و همکارانش از آژانس علم، فناوری و پژوهش سنگاپور بر سلول های استوانه ای چشم قورباغه آفریقایی تمرکز کرده اند. این گونه توسط زیست شناسان بسیاری مطالعه شده است.

پاسخ اپتیکی سلول

هر استوانه بخشی خارجی دارد که حاوی رنگدانه رودوپسین[1] است؛ این ماده وقتی در معرض نور قرار می گیرد متحمل تغییرات شیمیایی می گردد. در تاریکی جریان ثابتی از یون های سدیم، پتاسیم و کلسیم به سلول وارد و از آن خارج می شود. وقتی که یک فوتون به رودوپسین برخورد می کند، زنجیره ای از واکنش های شیمیایی به وجود می آید که برخی از مجرای های انتقال یون را می بندد. این باعث قطبش الکتریکی سلول شده و سیگنالی الکتریکی تولید می شود که توسط سیستم عصبی دریافت شده و به مغز ارسال می شود.

هر گیرنده استوانه ای در حدود 50 میکرومتر طول و 5 میکرومتر قطر دارد. این آزمایش با مکش یک سلول استوانه ای درون یک میکروپیپت آغاز می شود و این سلول با تزریق محلولی شبیه ماده چشمی، زنده می ماند. میکروپیپت مانند یک الکترود عمل می کند و اجازه می دهد که جریان یونی با استفاده از تقویت کننده کم نویز آشکاسازی شود.

گروه از نور لیزر سبز(طول موج 532 نانومتر) استفاده کردند تا پاسخ اپتیکی استوانه های تنها را مطالعه کنند. آن ها چندین نوع پالس لیزر را به سلول های استوانه ای تاباندند و سپس پاسخ آن ها را مطالعه کردند. قبل از آن که پالس به سلول برسد، نور به دو قسمت شکافته می شد. یکی از مسیرها به سلول می رسید و دیگری به دیود نوری بهمنی می رسید. این نوع از دیودها بسیار حساسند و می توانند فوتون های منفرد را آشکارگری کنند. این مجموعه اپتیکی به عنوان تداخلگر هانبری-براون-تراویس استفاده شد؛ با این تداخلگر می توان همدوسی نور رسیده به سلول را تعیین کرد.

شمارش فوتون ها

در یکی از اندازه گیری ها، این گروه در حین تغییر میانگین تعداد فوتون ها در پالس از 30 به 16000، جریان نوری تولیدشده توسط سلول استوانه ای را اندازه گیری کرد. طبق انتظار، جریان نوری به صورت تابعی از تعداد افزایش یافت تا این که حوالی 1000 فوتون اشباع شد. گروه همچنین می خواست بداند که استوانه ها به دو نوع مختلف از نور چطور پاسخ می دهند. برای این منظور، آن ها از دو نوع پالس نور لیزر همدوس و پالس های «شبه گرمایی» استفاده کردند. پالس های شبکه گرمایی، پالس هایی از لیزر هستند که بر روی دیسک چرخانی متمرکز می شوند. این دیسک با سمباده صاف شده است. نور حاصل از طریق یک دیافراگم ارسال شده و پالسی با همدوسی کم تولید می شود. پالس های همدوس و شبه گرمایی آماره های توزیع تعداد فوتون متفاوتی داند و گروه توانست از سلول های استوانه ای برای تعیین این تفاوت استفاده کند. بنابراین می توان از سلول های استوانه ای استفاده و آمار فوتون ها را استخراج کرد. با جمع آوری همه نتایج، گروه نشان داد که هر فوتون در هر پالس تنها با یک مولکول رودوپسین برهمکنش دارد.

در حالی که چشمه های نوری به کار رفته در آزمایش کلاسیکی هستند، توانایی تمیز دادن بین پالس های همدوس و شبه گرمایی بدان معناست که می توان از آن ها در اپتیک کوانتومی و ارتباطات کوانتومی بهره جست. این گروه قصد دارد پاسخ سلول های استوانه ای به نور دو فوتونی همبسته را نیز مطالعه کند.

psi.ir

 

[infrequent]

با چشمان خود لیزر بتابانید!

با چشمان خود لیزر بتابانید!


دو پزشک بیمارستانی در آمریکا موفق شده‌اند با دستکاری سلول کلیه انسان، از آن برای تولید لیزر استفاده کنند؛ این موفقیت، نوبدبخش روزی است که انسانها بتوانند با چشمان خود نور لیزر بتابانند!

در طول روز، سئوک هیون یون و مالت گاتر، پزشکانی معمولی بودند که در بیمارستان عمومی ماساچوست کار می‌کردند. اما در طی چهار سال گذشته و به هنگام شب، این دو نفر بر روی پروژه‌ای کار می‌کردند که بتواند یک سلول انسانی را وادار کند تا شبیه یک منبع لیزر رفتار کند.

آنها این لیزر انسانی خود را با استفاده از همان سه جزئی ساخته‌اند که در تمام لیزرها یافت می‌شود: یک منبع انرژی که نور اولیه را فراهم می‌کند؛ یک محفظه نوری که نور تولید شده منبع را به صورت یک پرتو متمرکز می‌کند و یک واسط تقویت‌کننده، ماده‌ای که در آن الکترون‌ها تا رسیدن به یک سطح انرژی بالاتر برانگیخته می‌شوند و هم‌زمان انرژی خود را به صورت یک پرتو از فوتون‌ها که همان نور لیزر است، آزاد می‌کنند.

به گزارش پاپ‌ساینس، یون و گاتر یک سلول کلیه انسان را طوری دستکاری و اصلاح کردند تا بتواند پروتئین فلورسانت سبز (GFP) تولید کند؛ همان ماده‌ای که که باعث نورتابی بیولوژیکی عروس‌های دریایی می‌شود. این سلول واسط تقویت‌کننده آنها را تشکیل می‌داد. آنها این سلول‌های اصلاح شده را کشت دادند و با قرار دادن یکی از آنها بین دو آیینه، چیزی که ساندویچ سلولی نام گرفته، محفظه نوری را ایجاد کردند. سپس آنها پالس‌هایی از نور آبی را با استفاده از یک لیزر مینیاتوری (به عنوان منبع انرژی) از درون سلول عبور دادند. سلول با نور سبز درخشید و نور دیگری از آن خارج شد. از درون یک میکروسکوپ، دو پزشک یک توده مایل به خاکستری (سلول) را مشاهده کردند که نقاط درخشانی (لیزر) در آن وجود داشت.
​

حال چه خواهد شد؟


یک لیزر زنده را می‌توان برای فعال کردن داروهای درمان سرطان با استفاده از پرتودرمانی به کار برد. پزشکان قادر خواهند بود مواد حساس به نور را به درون جریان خون یک بیمار تزریق کنند تا تومورها و سلول‌های بیمار را ردیابی کند. در حالت عادی، این مواد به صورت خارجی فعال می‌شوند اما اگر هم دارو و هم لیزر داخلی باشند، درمان بسیار دقیق‌تر خواهد بود. با این وجود و در حال حاضر، یون عمدتا به احتمال کاربرد لیزر انسانی برای کشف تغییرات اندک درون سلولی علاقه دارد. به عنوان یک پرتو لیزر، نور درون محفظه‌ای می‌تواند قبل از خروج از سلول‌ها، هزاران یا میلون‌ها بار از درون آنها عبور کند. به گفته یون دانشمندان با استفاده از این نور کمانه‌ای می‌توانند همانند یک دوربین پرسرعت درون سلولی، با حساسیتی بی‌مانند بر رفتار سلول‌ها نظارت کنند.

و البته به گفته یون، این فرایند روزی ممکن است انسان‌ها را قادر سازد تا از چشمان خود لیزر بتابانند، اگرچه این لیزر در مقایسه با یک پرتو مرگبار خیلی زودگذر و ضعیف خواهد بود. وی می‌گوید: «اگر یک منبع نوری درون چشم کاشته شود، این امکان وجود دارد که با استفاده از سیگنال‌های مغزی بتوان آن را کنترل کرد.»

منبع : *ساحل فیزیک*
​

 

[infrequent]

تولید اولین لیزر اتمی اشعه x در جهان

تولید اولین لیزر اتمی اشعه x در جهان

فیزیکدانان برای اولین بار موفق به ساخت لیزر پالسی اشعه x شدند .

ساخت این لیزر کاملاً خالص سال ها به طول انجامیده است.
محققان بر این باورند که با استفاده از این ابزار پیشرفته می‌توان به مشاهده مرحله به مرحله عملکرد مولکول‌های بیولوژیکی پرداخت.​

پالس‌های این لیزر بسیار کوتاه است بنابراین امکان ضبط تغییرات خیلی سریع نیز برای محققان وجود دارد و نور خالص آن موجب می‌شود که تمام جزییات را با وضوح بیشتری دید.​

در طراحی این لیزر از اثر دومینو استفاده شده است: هر اشعه x اتم نئون مجاور خود را تحریک می‌کند تا اشعه x بیشتری ساطع شود. این فرآیند موجب می‌شود که نور لیزر 200 میلیون برابر تقویت شود.​

فیزیکدانان بر این باورند که ساخت این لیزر اتمی دری جدید از کهکشان علم را به روی آنان گشوده است.


منبع : *ساحل فیزیک*

 

[infrequent]

زمین هر سال 50 هزار تن سبکتر می شود

زمین هر سال 50 هزار تن سبکتر می شود

سیاره زمین سالانه 50 هزار تن از وزن خود را از دست می دهد، حتی با وجودی که به صورت همزمان 40 هزار تن غبار از فضا به زمین می ریزند. پس چه عاملی است که وزن زمین را به این شکل از بین می برد؟

به گزارش خبرگزاری مهر، بر اساس محاسبات "دیو آنسل" فیزیکدان دانشگاه کمبریج نیز با وجود اینکه این 40 هزار تن از غبارهای فضایی که سالانه به وزن زمین افزوده می شوند و در عین حال این سیاره سالانه 50 هزار تن وزن را از دست می دهد.

افزوده شدن وزن

زمین هرسال 40 هزار تن سنگینتر می شود، بقایای فرایند شکل گیری سامانه خورشیدی توسط میدان گرانشی زمین جذب شده و به بخشی از ماده سطح زمین تبدیل می شوند، در واقع سیاره زمین از همین مواد تشکیل شده است. همچنین ناسا می گوید زمین سالانه 160 تن ماده به خود جذب می کند زیرا حرارت جهانی روبه افزایش است.

پدیده های بی اثر

افزایش تعداد انسانها بر روی زمین و یا ساخته شدن ساختمانهای بیشتر بر روی آن تاثیری بر روز وزن سیاره ندارد، زیرا انسانها و مواد موجود بر روی زمین از خود سیاره به دست آمده اند و تنها تغییر حالت می دهند. همچنین راکتها و ماهواره هایی که از زمین به فضا پرتاب می شوند نیز معمولا دوباره به زمین باز می گردند و از این رو هیچ تاثیری بر روی وزن زمین ندارند.

از دست دادن وزن

هسته زمین طی گذشت زمان انرژی خود را از دست می دهد، درست مانند یک رآکتور بزرگ هسته ای که سوخت خود را از دست می دهد. انرژی کمتر به معنی جرم کمتر است که برابر 16 تن جرم سالانه است. بزرگترین بخش کاهش وزن زمین در اثر آزاد شدن 95 هزار تن هیدروژن و هزار و 600 تن هلیوم از زمین به فضا است و از آنجایی که این گازها سبکتر از آن هستند که میدان گرانشی بتواند آنها را نگه دارد، این گازها در فضا رها می شوند. در نتیجه سالانه 50 هزار تن از وزن زمین از دست می رود. این به معنی سالانه 0.000000000000001 درصد جرم کمتر است.

البته این از دست رفتن وزن جای نگرانی ندارد و دلیلی برای نگرانی بابت از دست رفتن هیدروژن بر روی زمین وجود ندارد زیرا به اندازه ای هیدروژن روی زمین وجود دارد که می تواند برای تریلیونها سال به میان فضا رها شود.

بر اساس گزارش گیزمودو، از سویی دیگر، هلیوم ماده ای متفاوت است که 0.00052 درصد از حجم اتمسفر را تشکیل داده و در زمین کمیاب است، از این رو محققان می گویند هر بادکنک هلیومی باید 100 دلار قیمت داشته باشد. این گاز برای عملکرد دستگاه هایی مانند MRI و تولید تیتانیوم و زیرکونیوم از اهمیت بالایی برخوردار است.


منبع

 

[infrequent]

نامرئی‌سازی کامل شد

نامرئی‌سازی کامل شد

دانشمندان دانشگاه دوک برای اولین بار موفق به نامرئی ساختن کامل جسم شده‌اند که طی آن یک استوانه چند سانتی‌متری از برابر ریزموج‌ها پوشیده شد.

به گزارش سرویس علمی خبرگزاری دانشجویان ایران(ایسنا)، اولین دستگاه پوشش‌دهی کاربردی در سال 2006 توسط این دانشگاه تولید شده بود اما کامل نبود.

این یافته‌های جدید که در مجله Nature Materials منتشر شده، می‌تواند در دگرگونی چگونگی کنترل یا انتقال نور و دیگر امواج اهمیت داشته باشد.

همانطور که شیوه سیم‌کشی قدیمی جای خود را به فیبر نوری داده، این متاماده جدید نیز می‌تواند شیوه انتقال نور و امواج را متحول کند.

از آنجایی که هدف این نوع پژوهش شامل مهار کردن نور بوده، حوزه جدیدی از اپتیکهای ترادیسی را ایجاد کرده است.

تلاشهای زیادی برای تولید پوششهای نامرئی‌کننده انجام شده اما تاکنون هیچ کدام نتوانسته بودند بطور کامل نور را متوقف کنند.

اکنون این محققان از رویه دیگری استفاده کرده و با کار بر روی تنظیم لبه‌های پوشش ریزموج از عبور کامل نور از اطراف آن بدون بازتاب اطمینان حاصل کرده‌اند.

آنها از یک پوشش الماس مانند استفاده کرده‌اند که خواص آن در گوشه‌های الماس بدقت همسان شده تا نور بطور کامل در اطراف یک استوانه با طول یک و قطر 7.5 سانتمتری گردش کند.

این در حالیست که این شیوه تنها در یک جهت کار کرده و دستیابی به این پوشش در نور مرئی دشوار است. اجرای اصول طراحی بکار رفته در این پوشش که برای ریزموجها بوده، در طول‌موجهای نوری مشکل است.

اما ریزموجها از اهمیت زیادی در بسیاری از حوزه‌ها بویژه در ارتباط از راه دور و رادار برخوردار بوده و نسخه‌های پیشرفته این پوششها می‌تواند تا حد زیادی در ارتقای عملکرد ریزموج کمک کند.

این محققان اکنون در حال کار برای اعمال این اصول به شکل سه بعدی هستند که چالش بزرگتری نسبت به دستگاه دو بعدی کنونی بشمار می‌رود.

ایسنا

 

[infrequent]

احتمال بروز تردید در نظریه فیزیک عمومی با ذره نادر جدید

احتمال بروز تردید در نظریه فیزیک عمومی با ذره نادر جدید

نتایج اولیه اندازه‌گیری یک ذره بسیار نادر در برخورد دهنده بزرگ هادرونی می‌تواند نظریه فیزیک عمومی را با چالش مواجه سازد.

به گزارش سرویس علمی خبرگزاری دانشجویان ایران (ایسنا)، محققان فیزیک ذرات در برخورد دهنده Tevatron در ایلینیوز از دو دهه قبل، تلاش برای یافتن نشانه‌هایی از فرآیند فروپاشی ذرات را آغاز کرده‌اند که تا کنون بی‌نتیجه بوده است، اما فیزیکدانان برخورد دهنده بزرگ هادرون (LHCb)‌ از کشف نخستین شواهد از وقوع فروپاشی این ذرات خبر می‌دهند.

این اندازه‌گیری در تاریخ 12 نوامبر (22 آبان) انجام شده و دانشمندان اعلام کرده‌اند، نشانه‌هایی از ذرات زیراتمی موسوم به B_s مشاهده کرده‌اند که از پیوند یک ضد کوارک پایین با یک کوارک شگفت (strange) ساخته شده‌اند.

موئون‌های B_s‌ ذرات زیر اتمی ناپایدار هستند که بطور طبیعی بر روی زمین وجود ندارند، اما زمانی که پروتون‌ها در برخورد دهنده بزرگ هادرونی در عمق 27 کیلومتری زیر زمین با سرعتی معادل سرعت نور به یکدیگر برخورد داده می‌شوند، انفجاری روی می دهد که باعث ایجاد ذرات مختلف از جمله مقدار مشخصی ذرات موئون B_s می‌شود.

پیش‌بینی فروپاشی این ذرات بر اساس مدل استاندارد در حدود سه بار در هر یک میلیارد فروپاشی کامل موئون B_s‌ است.

اندازه‌گیری جدید نشان می‌دهد، فرآیند فروپاشی نادر این ذرات هر 3.2 بار در هر یک میلیارد فروپاشی کلی روی می‌دهد و اگر فرکانس فرآیند فروپاشی بسیار متفاوت از پیش‌بینی مدل استاندار باشد، ممکن است نشان دهنده ذرات جدید مانند ذرات «ابر جفت» باشد.

برخی مدل‌ها پیش بینی می کنند که «ابر تقارن» باعث تقویت فرکانس این نوع از فروپاشی شوند.

«ابرتقارن» یکی از عمومی‌ترین نظریه‌های فیزیک جدید محسوب می‌شود؛ یعنی تمام ذرات زیر اتمی شناخته شده می‌توانند دارای ذرات «ابر جفت» باشند و اگر این ذرات ابر جفت وجود داشته باشند، بسیاری از اسرار بنیادی فیزیک مانند ماهیت ماده تاریک توضیح داده می شوند.

این اندازه گیری مقدماتی بوده و اطلاعات کافی برای تأیید تصادفی نبودن این رویداد هنوز بدست نیامده است. نتایج یافته جدید محققان LHCb‌ در سمپوزیوم برخورد دهنده ذرات هادرونی در کیوتو ژاپن اعلام می‌شود.

ایسنا

 

[infrequent]

ریز ترین آینه ی جهان اختراع میشود

ریز ترین آینه ی جهان اختراع میشود

همان طور كه مسیر فوتون‌های نوری به وسیله یك آیینه قابل جهت دادن هستند، اتم‌هایی كه دارای یك لحظه مغناطیسی هستند، با استفاده از یك آیینه مغناطیسی قابل كنترل خواهند بود.


به گزارش (ایسنا)، در تحقیقی كه در مجله فیزیك كاربردی به چاپ رسیده، امكان استفاده از دیوارهای دامنه مغناطیسی برای راستا دادن و در نهایت به دام انداختن تك تك اتم‌ها در ابری از اتم های فوق‌العاده سرد مورد ارزیابی و آزمایش قرار گرفته است.


توماس هی وارد ــ محقق دانشگاه شفیلد انگلیس - در این تحقیق خاطرنشان كرد: ما در جست‌وجوی روشی برای ایجاد سیستم‌های مغناطیسی هستیم كه بتوانند اتم‌ها را دستكاری كنند و با استفاده از مواد فرومغناطیسی در ابعاد نانو مثل نانوآیینه‌ها می توانیم ویژگی‌های مواد و راستای اتم ها را تغییر داده و اصلاح كنیم.


در همین راستا محققان طراحی، ساخت و ویژگی‌های آیینه ای را تشریح كرده‌اند كه با میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط دیوارهای دامنه ای درون مجموعه‌ای از نانو سیم‌های مغناطیسی، شكل می‌گیرد.


مرحله بعدی انداختن ابری از اتم های فوق‌العاده سرد روی این آیینه است، به طوری كه بتوان نوسان آنها را مشاهده كرد.


كاربرد این نانوآیینه در فن‌آوری‌ فیزیك كوآنتوم قابل ملاحظه خواهد بود.


منبع

 

[infrequent]

موفقیت محققان در جذب طیف وسیعی از نور خورشید با طلای متخلخل

موفقیت محققان در جذب طیف وسیعی از نور خورشید با طلای متخلخل

پژوهشگران سنگاپوری در بررسی خواص نوری فلزات متخلخل حاوی حفرات نانومقیاس دریافتند که این فلزات طیف وسیعی از نور خورشید را جذب می‌کنند؛ بنابراین ظاهر این فلزات مات و تیره دیده می‌شود.

به گزارش سرویس پژوهشی ایسنا، طلا بعنوان یک فلز درخشان شناخته می‌شود، هرچند در صورت متخلخل بودن ظاهری مات و سیاه پیدا می‌کند. سطح طلای متخلخل حاوی نانوحفره‌ها، زبر بوده و به شدت از درخشندگی آن کاسته شده است.

«مایکل بوسمن» و همکارانش از موسسه «آاستار» نشان دادند که مات شدن ذرات طلا بدلیل جفت شدن پرتوهای نور با الکترون‌ها در سطح آن است.

پرتو نوری با برخورد به سطح فلزات می‌تواند موجب نوساناتی در سطح آنها شود. اگر این پرتوها دارای طول موج مناسبی باشند، توسط سطح جذب شده و موجب تشکیل ذرات هیبریدی به‌ نام پلاریتون‌های پلاسمونی سطح می‌شود.

این گروه تحقیقاتی نشان دادند که پلاریتون‌های پلاسمونی سطح در فلزات می‌توانند با هم ترکیب شده و موجب پدیدار شدن جذب بالا در مواد متخخل شود.

«بوسمن» می‌گوید: اندازه‌گیری‌های ما نشان می‌دهد که اگر ازنزدیک به این مواد نگاه کنید به هیچ وجه سیاه نیستند، بلکه کاملا رنگی هستند. آنها به نظر سیاه می‌رسند، به این دلیل که ما از دور به آنها نگاه می‌کنیم. زمانی که ما از دور نظاره‌گر آنها هستیم، بیشتر رنگ‌های مختلف توسط این سطوح جذب شده‌اند.

این پدیده که توسط پلاریتون‌های پلاسمونی سطحی صورت می‌گیرد، در مقیاس‌های زیر میکرومتر انجام می‌شود؛ بنابراین میکروسکوپ‌های نوری رایج شرایط لازم برای مشاهده مستقیم پلاریتون‌های پلاسمونی سطحی را ندارند.

در این پروژه محققان پرتوهای الکترونی را در فیلم‌های طلا و نقره روبش کردند، با این کار موفق به ترسیم نقشه دو بعدی از طول موج نورهای جذب شده در یک نقطه ویژه شدند.

نتایج نشان داد که با تغییر شکل و ابعاد نانوحفره‌ها، پلاریتون‌های پلاسمونی سطحی پرتوهایی با طول موج وسیع‌تری را جذب می‌کنند. از این یافته می‌توان برای تولید ادوات فتوولتائیک با کارایی بالا استفاده کرد.

«بوسمن» می‌گوید: این نتایج نشان می‌دهد که می‌توان طلا و نقره را به رنگ‌های دلخواه خود در آوریم. همچنین می‌توان شرایطی فراهم کرد که جذب نور خورشید با کارایی بالا انجام گیرد؛ برای این کار تنها کافی است طلا یا نقره را به شکلی درآوریم که طیف وسیع‌تری از نور خورشید را جذب کند.

نتایج این تحقیق در قالب مقاله‌ای تحت عنوان «Light splitting in nanoporous gold and silver» در نشریه «ACS Nano» به چاپ رسیده است.

ایسنا

 

[infrequent]

ابداع پیل های خورشیدی با الهام از چشم مگس

ابداع پیل های خورشیدی با الهام از چشم مگس

فقط یك ذهن مهندسی پیچیده می‌توان چنین ایده درخشانی را ارائه كند كه شامل الگوبرداری از چشم‌های مگس برای تولید پیل‌های خورشیدی است.



به گزارش (ایسنا)، این ایده شگفت انگیز شامل ساخت یك قابل زیستی نمایشی با الهام از چشم‌های مگس است.

یك نوع خاص از چشم مگس دارای شكل كاملا مناسبی برای ساخت پیل‌های خورشیدی كارآمد و موثر است.

لافتاكیا و گروه تحقیقاتی وی از دانشگاه ایالتی پن در آمریكا یك راه‌حل‌ امیدوار كننده برای این طرح پیدا كرده‌اند.

محققان ابتدا قرینه چشم مگس‌های گوشت را خارج كردند، چون این نوع معمول از مگس‌ها چشم‌های ایده آلی برای كاربردهای پیل خورشیدی دارند.

آنها سپس این قرینه‌ها را روی یك زیر لایه شیشه‌ای نصب كرده و پلیمری را برای حفظ و نگهداری از شكل آن، به این تركیب افزودند، سپس این مجموعه 9 چشمی پیچیده در نیكل را درون یك اتاقك خلاء قرار دادند.

حاصل این طراحی، یك صفحه است كه از خواص مفید در مقیاس نانو برخوردار است.

به گزارش دیسكاوری، در نهایت با وجود این صفحه می‌توان این الگو را دقیقا تكثیر كرد.

مرحله بعدی ایجاد صفحه‌ای بزرگتر متشكل از 30 قرینه چشم مگس گوشت است.

این محققان هم اكنون در جریان بررسی روی پروانه‌ها هستند تا دریابند چگونه می‌توان بدون استفاده از رنگدانه‌ها، سطوح رنگی ایجاد كرد.


منبع

 

[infrequent]

چسبی که راه رفتن روی دیوار را ممکن کرد

چسبی که راه رفتن روی دیوار را ممکن کرد

تیمی از محققان به رهبری محقق ایرانی دانشگاه نورث وسترن موفق به ساخت نانولایه‌هایی با ویژگیهای چسبندگی و اصطکاکی مشابه ساختار پای مارمولکها شدند که می تواند در آینده منجر به ابداع سطوح چسبنده هوشمندی شود که خود را با ساختارهای متفاوت منطبق می سازد

ابداع اشکان وزیری استادیار مکانیک و مهندسی صنعتی دانشگاه نورث وسترن به همراه دانشمندی کره ای می تواند در آینده منجر به ابداع سطوح چسبنده هوشمندی شود که خود را با ساختارهای متفاوت محیطی مانند سطوح ناصاف و یا لبه های تیز منطبق می سازد.

به گفته وزیری ساختار بی نظیر کف پای مارمولکها و عملکرد منحصر به فرد آن یکی از قابل توجه ترین سیستمهای چسبندگی را در طبیعت به وجود آورده است.

انگشتان پای مارمولکها از میلیونها ساختار تار مانند پوشیده شده است که "ستی" نام دارند و ابعاد هر یک از آنها پنج میکرومتر است. انتهای هر یک از این "ستی" ها مملو از صدها "اسپاتولا" یا ساختارهایی پهن است که این ساختارها متناسب با نوع سطحی که با آنها تماس حاصل می کنند، خود را انطباق داده و به مارمولک کمک می کنند تا بر روی هر سطحی راه برود. در واقع این ویژگی به مارمولکها کمک می کند با قدرت بر روی هر سطح افقی یا عمودی حرکت کنند.

وزیری نیز با الهام از این ساختار طبیعی مجموعه ای از میکرورشته ها را به وجود آورد و آنها را در معرض پرتوهای یونی قرار داد. این عملیات موجب نوسان و جا به جایی میکرورشته ها شد و در نهایت سطحی دو لایه با ویژگی های بی نظیر از چسبندگی و اصطکاک به وجود آمد.

وزیری با انجام آزمایشهای متعدد دریافت این ساختار دو لایه از نظر کیفیت چسبندگی و اصطکاک از شباهت زیادی با سطح خارجی پای مارمولکها برخوردار است. به گفته وی در صورتی که این میکرورشته ها بر روی پاها یا سطح بدن روباتهای کوچک نصب شود امکان حرکت سریع و دقیق آنها بر روی هر نوع سطحی به وجود خواهد آمد.

بر اساس گزارش Nanowork، وزیری همچنین معتقد است این تکنولوژی جدید می تواند در آینده منجر به ظهور نسلی جدید از مواد چسبنده هوشمند شود که قادر خواهند بود با هر نوع سطحی اتصالات بسیار قدرتمندی برقرار کنند.


منبع

 

[infrequent]

الکترون‌ها چگونه استراحت می‌کنند؟

الکترون‌ها چگونه استراحت می‌کنند؟

دانشمندانی که در حوزه نوظهور اسپین ترونیکس تحقیق می‌کنند با این مشکل مواجه هستند که اسپین الکترونها در اثر تاثیر میدانهای مغناطیسی ذرات نزدیک ، ضعیف می‌شود. یک گروه از محققان برای نخستین بار موفق شدند نه تنها فرآیند تضعیف اسپین را در عمل مشاهده کنند، بلکه در عین حال راهی برای مقابله با آن را تکمیل کنند. اسپین ترونیکس حوزه‌ای تازه در مهندسی الکترونیک است که در آن بجای استفاده از بار الکترونها از اسپین آنها به عنوان واحدهای پایه‌ای اطلاعات یعنی صفر و یک استفاده می‌شود.

اسپین بالا به عنوان ‪ ۱‬در نظر گرفته می‌شود و اسپین پایین به منزله صفر است. مقصود از اسپین نیز نحوه چرخش ابر الکترونی در فضای اطراف هسته است. اگر چرخش در جهت عقربه‌های ساعت یا در خلاف آن باشد محور چرخش یا اسپین بالا یا پایین فرض می‌شود. به نوشته نشریه علمی "فیزیکال ریویو لترز" "پی‌اف براون" و همکارانش در بررسی "نقطه‌های کوانتومی" یعنی خوشه‌ای اتمها که در فضایی به ابعاد چند نانومتر در کنار هم جای گرفته‌اند، پدیدار کاسته شدن از اسپین الکترونها را مشاهده کردند.

این محققان در بررسی اسپین الکترون‌های نیمه‌هادی‌هایی از جنس آرسنید ایندیوم و آرسنید گالیم مشاهده کردند که اسپین اولیه الکترونهای اینگونه نقطه‌های کوانتومی در مدت ‪ ۰.۵‬نانو ثانیه که معادل نیم عمر این اسپین‌ها است از مقدار اولیه خود به حد یک سوم کاهش می‌یابند و آنگاه در این تراز تا مدت ‪ ۱۰‬نانو ثانیه باقی می‌مانند. این محققان در عین حال دریافته‌اند که اگر یک میدان مغناطیسی استاتیک ضعیف به میزان ‪ ۱۰۰‬هزارم تسلا به این نقطه‌ها اعمال شود می‌توان از تضعیف اسپین جلوگیری کرد. این قبیل میدانها را می‌توان با کمک یک آهنربای ضعیف ایجاد کرد. حضور میدانی از این نوع باعث می‌شود نیم عمر اسپین الکترون تا ‪ ۴‬نانو ثانیه افزایش یابد و به این ترتیب امکان بهره‌گیری از پدیدار اسپین در دستگاههای الکترونیک آینده را بالا ببرد.


منبع

 

[infrequent]

کوچکترین آچار نوری جهان ساخته شد

کوچکترین آچار نوری جهان ساخته شد

فیزیکدانان دانشگاه تگزاس با مهار قابلیت کشش و رانش ذرات میکروسکوپی نور لیزر، توانستند معادل فیبر نوری، کوچکترین آچار جهان را بسازند.

به گزارش علم پرس به نقل از ایسنا، این ابزار مجازی می‌تواند کوچکترین ذرات از سلولهای زنده و دی‌ان‌ای گرفته تا موتورها و دینام‌های میکروسکوپی مورد استفاده در تحقیقات زیستی و فیزیک را با دقت پیچانده و برگرداند.

این دستاورد جدید در کنترل اجسام بسیار ریز به دانشمندان اجازه خواهد داد تا با مهارت از سلولها برای تحقیقات سرطانی استفاده کرده، رشته‌های دی‌ان‌ای را پیچانده و باز کرده و کارهای بسیار گسترده دیگری را با دقت میکروسکوپی انجام داد.

این محققان شیوه خود را که «آچار فیبر نوری» خوانده‌اند، در مقاله‌ای در مجله Optics Letters منتشر کرده‌اند.

ابتکاری که این شیوه را از دیگر ابزار نوری متمایز کرده این است که این آچار برای اولین بار توانسته اجسام مقیاس ریز را در جهات مختلف و در هر محور بدون حرکت دادن مولفه‌های نوری چرخانده و پیچ دهد. این فناوری به دلیل استفاده از فیبرهای نوری منعطف بجای لیزرهای ثابت برای این کار توانسته است به این دستاورد نائل آید.

محققان امیدوارند بتوانند از این فیبرهای نوری درون بدن انسان استفاده کرده و سلولهای خاص یا نورونهای هدایتگر در ستون فقرات را بررسی کنند.

این آچار برخلاف یک دستگاه واقعی که دور سلول یا دیگر ذرات میکروسکوپی پیچیده و نیروی چرخشی را اعمال می‌کند، هنگامی که دو پرتو نور لیزر از دو فیبر نوری در بخشهای مخالف جسم برخورد می‌کنند، ساخته می‌شود.

فوتونها در زمان برخورد با یک جسم،میزان نامحسوسی از نیرو را ایجاد می‌کنند اما یک پرتو شدید نور لیزر می‌تواند نیروی کافی برای چرخاندن اجسام میکروسکوپی را فراهم کند. از این شیوه در حال حاضر برای اجرای «انبرک نوری» استفاده می‌شود که می‌تواند یک جسم را روی یک خط مستقیم به جلو و عقب حرکت دهد.

در آچار نوری جدید این محققان، فیبرهای نوری از پرتوهای لیزر ابتدا برای گرفتن جسم و سپس قرار دادن آن در محل استفاده می‌کنند. با کمی تعدیل این فیبرها، پرتوها می‌توانند یک نیروی چرخاننده را اعمال کرده تا منجر به چرخیدن جسم در جای خود شود.

بسته به موقعیت فیبر، می‌توان این گردش را در هر محور و هر جهتی اجرا کرد. این کار تا حد زیادی توانایی محققان را برای بررسی و تصویر برداری از سلولها و گروههای سلولی در تحقیقات زیستی و بررسی‌های پزشکی ارتقا می‌دهد.

محققان در این جا از این شیوه بدیع برای چرخاندن و تغییر سلولهای ماهیچه انسان بدون آسیب رساندن به آنها استفاده کرده‌اند.

علم پرس

 

[infrequent]

کشف آزمایشهای زیرزمینی هسته‌ای با رادیو تلسکوپهای نجومی

کشف آزمایشهای زیرزمینی هسته‌ای با رادیو تلسکوپهای نجومی

محققان در تلاش برای کشف آزمایشهای هسته ای مخفیانه و زیرزمینی رادیو تلسکوپ های نجومی را ارائه کردند.

به گزارش علم پرس به نقل از مهر، محققان دانشگاه دولتی اوهایو می گویند این ابزار می تواند آزمایش های هسته ای غیرمترقبه را تشخیص دهد چرا که انفجارهای هسته ای زیر زمینی اثر خود را در لایه بیرونی جو زمین بر جا می گذارند.

این پژوهشگران با همکاری با ستاره شناسان آزمایشگاه تحقیقات نیروی دریایی آمریکا داده های تاریخی از مجموعه ۲۷ رادیو تلسکوپ را در نزدیکی سوکورو واقع در نیومکزیکو بررسی کرده و دریافتند این تجهیزات الگوی مشخصی را از توزیع اتمسفری در طول دو آزمایش هسته ای زیرزمینی آمریکا در نوادا در سال ۱۹۹۲ ثبت کرده است.

محققان دانشگاه اوهایو، پیش از این نیز ابزار غیرمتعارف و عجیب دیگری را معرفی کرده بودند و آن ایستگاه های سیستم موقیعت یاب جهانی کره جنوبی بود که توانسته بود توزیع فاش کننده ای از ذرات باردار را در یونیسفر نشان داد که حاکی از آزمایش هسته ای ۲۰۰۹ کره شمالی بود.

به گفته این پژوهشگران این دو فناوری می توانند مکمل یکدیگر باشند با تلسکوپ هایی که اندازه گیری های بسیار شفاف از یک منطقه کوچک را ارائه می هند.

علم پرس

 

[infrequent]

تصویربرداری از چگونگی قرار گرفتن قطره آب روی سطح با قدرت تفکیک نانومتری

تصویربرداری از چگونگی قرار گرفتن قطره آب روی سطح با قدرت تفکیک نانومتری

محققان آمریکایی موفق به ارائه روشی برای تصویربرداری از چگونگی قرار گرفتن قطره آب روی یک سطح شده‌اند که در آن با استفاده از FIB و SEM تصاویری با قدرت تفکیک نانومتری از این برهمکنش تهیه شده است.

به گزارش سرویس فناوری ایسنا، سطح نانوساختارهایی با ویژگی‌های ترشوندگی ویژه می‌تواند آب و روغن را جذب یا دفع کند، علاوه‌ بر این چنین پوشش‌هایی قادرند مانع از تشکیل زیست فیلم‌ها، یخ و دیگر مواد بلور شوند. برای مثال اخیرا محققان نشان داده‌اند که می‌توان از ورقه‌های گرافن برای ایجاد پوشش‌هایی بسیار کارا جهت دفع آب استفاده کرد. از چنین سطوح فوق العاده دافعی می‌توان برای بهبود عملکرد کاندنسورها استفاده کرد.

«کونراد ریکوچوسکی»، محقق دپارتمان مهندسی مکانیک در موسسه فناوری ماساچوست می‌گوید: یکی از بخش‌های بحرانی در طراحی چنین سطوحی آن است که ببینیم چگونه آب یا دیگر سیالات با سطح برهمکنش می‌دهند. از آن جایی که این سطح از نانوساختار ساخته شده، ما می‌ ‌توانیم با استفاده از میکروسکوپ الکترونی از برهمکنش آنها تصویربرداری کنیم.

در پژوهشی که اخیرا «کونراد ریکوچوسکی» و همکارانش انجام داده‌اند، روشی برای تصویربرداری مستقیم از این نقاط ارائه شده است. پیش از این برای تصویربرداری از این ساختارها تلاش شده بود، اما قدرت تفکیک نانومقیاس به‌ دست نیامده بود.

نتایج این تحقیق در قالب مقاله‌ای تحت عنوان «Direct Imaging of Complex Nano- to Microscale Interfaces Involving Solid, Liquid, and Gas Phases» در نشریه «ACS Nano» به چاپ رسیده است.

«کونراد ریکوچوسکی» می‌گوید: در تحقیقات پیشین، ما از میکروسکوپ الکترونی روبشی محیطی برای مشاهده آب متراکم شده در چنین سطوحی استفاده کردیم. برای مشاهده نتایج این تحقیقات به مقالات Methodology for Imaging Nano-to-Microscale Water Condensation Dynamics on Complex Nanostructures وSpatial control in the heterogeneous Nucleation of water و How nanorough is rough enough to make a surface superhydrophobic during water condensation? مراجعه کنید.

وی می‌افزاید: مشکل اصلی این روش آن است که ما تنها می‌توانیم آنچه را که بیرون قطره اتفاق می‌افتد مشاهده کنیم، در حالی که زیر قطره برای ما مهمتر است. درک آنچه که در برش عرضی جایی که قطره قرار دارد، اتفاق می‌افتد بسیار مهم است، بنابراین در هر مقاله‌ای که در این حوزه به چاپ می‌رسد، یک طرح شماتیک از این نقطه ارائه می‌شود.

در این روش جدید که توسط محققان موسسه فناوری ماساچوست و NIST ارائه شده، از FIB و SEM استفاده شده است. در این روش قطره آب به‌ وسیله نیتروژن مایع در دمای 210- درجه سانتیگراد منجمد می‌شود، این انجماد به‌ قدری سریع است که آب فرصت متبلور شدن پیدا نمی‌کند و شکل هندسی آن حفظ شده و در حالت آمورف باقی می‌ماند.

ایسنا

 

[infrequent]

بهبود اندازه‌گیری نیرو در سیالات با حذف روکش طلای کاوشگر لرزانک

بهبود اندازه‌گیری نیرو در سیالات با حذف روکش طلای کاوشگر لرزانک

پژوهشگران در آمریکا نشان داده‌اند که حذف روکش طلای کاوشگر ‏AFM‏ که تاکنون ‏مفید تصور می‌شد، اندازه‌گیری نیرو را در یک سیال که محیط مناسبی برای مطالعات ‏زیست‌فیزیکی مانند کشش ‏DNA‏ یا تاگشایی پروتئین است، بهبود می‌دهد.
به گزارش علم پرس به نقل از ایسنا، حذف طلا از ‏کاوشگر لرزانک با یک حمام شیمیایی ضعیف می‌تواند دقت و توانایی اندازه‌گیری نیرو را تا ‏‏۱۰ برابر بهبود بخشد. انتظار می‌رود که این پیشرفت بسرعت در تمام زمینه‌های زیست‌فیزیکی ‏و علوم نانو مفید باشد.‏

برای اندازه‌گیری نیرو در مقیاس مولکولی، لرزانک ‏AFM‏ از انتهای تیزش به مولکول ‏متصل شده و آن را می‌کشد و سپس انحراف لرزانک اندازه‌گیری می‌شود. این نیروها در ‏محدوده پیکونیوتن (‏pN‏) یا تریلیونیوم نیوتن قرار دارند. نیوتن که یکی از واحدهای نیرو است ‏برابر وزن تقریبی یک سیب کوچک است.‏

لرزانک‌ها معمولا از سیلیکون یا نیترید سیلیکون ساخته می‌شوند و هر دو طرف آنها ‏بمنظور انعکاس بیشتر نور با طلا روکش می‌شود. «توماس پرکینز»، فیزیکدان موسسه ملی ‏فناوری و استانداردها، متوجه شد که روکش طلا هنگامی که گروه پژوهشی‌اش مشغول ‏کاوش تاشدگی و تاگشایی مولکول‌های پروتئینی در دوره‌های زمانی چندثانیه تا چنددقیقه ‏بودند، ایجاد مشکل می‌کند.

این گروه قبلا پایداری مکانی ‏AFM‏ را بهبود داده بود، ولی بعدا ‏کشف کرد که نیرو دارای انحراف بوده است. «پرکینز» می‌گوید: این خلاف تصور است، ‏همه فرض کرده‌اند که طلا برای انعکاس بهتر لازم است، در حالی که طلا منبع اصلی انحراف ‏نیرو در مقیاس‌های زمانی کوتاه و بلند است.

وی توضیح می‌دهد: طلا خاصیت کشسانی پیچیده در اندازه‌گیری‌های پردقت دارد، ‏هنگامی که طلا خم می‌شود مانند یک بتونه نرم اندکی وا می‌رود، بعلاوه همه می‌دانند که ‏طلا می‌تواند ترک بردارد، کهنه شود و با مولکول‌ها پیوند بخورد؛ تمام چیزهایی که ممکن ‏است خواص مکانیکی آن را تغییر دهند، این مساله حتی هنگامی که شما مشغول آزمایش‌های ‏بیولوژیکی در سیال هستید، بدتر می‌شود.‏

اندازه‌گیری نیرو با ‏AFM‏ دارای خطای مثبت یا منفی پنج تا ۱۰ پیکونیوتن است. این ‏پژوهشگران با حذف طلا توانستند این خطا را تا نیم پیکونیوتن برای اندازه‌گیری در دوره‌های ‏زمانی کوتاه یا بلند کاهش دهند.‏

این پژوهشگران، جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی ‏«Nano Letters‏» منتشر ‏کرده‌اند.‏ ‎

علم پرس