اولین انتقال اتم ها از راه تونل زنی کوانتومی محقق شد
به گزارش مطب نما، مجموعه ای از انبرک ها یا موچین های نوری به دانشمندان کمک کردند تا اتم ها را برای نخستین بار از راه تونل زنی کوانتومی از مکانی به مکان دیگر منتقل کنند.
به گزارش مطب نما 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 استفاده می نماید.
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، محققان دانشکده فیزیک تکنیون(Technion) به انتقال کنترل شده اتم ها از یک مکان به مکان دیگر از راه تونل زنی کوانتومی بین موچین های نوری دست یافته اند.
تونل زنی کوانتومی(Quantum tunneling) به فرایند 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، برای نمونه در واکنش های هسته ای که در ستارگان رشته اصلی مثل خورشید اتفاق می افتد، به چشم می خورد. همینطور کاربردهای مهمی در ادوات الکترونیکی مانند دیود تونلی دارد.
این پدیده در اوایل قرن بیستم پیشبینی شده بود و در اواسط همان قرن بعنوان یک پدیده کلی فیزیکی پذیرفته شد. تونل زنی معمولا با اصل عدم قطعیت هایزنبرگ توضیح داده می شود. در واقع مفاهیم مکانیک کوانتومی حول این پدیده توصیف می شوند و میتوان گفت تونل زنی کوانتومی یکی از خصوصیت های بنیادی مکانیک کوانتومی و نشانه خاصیت دوگانگی موج-ذره است.
محققان می گویند: این نخستین نمایش این شیوه 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 معمولا نمی تواند از آن عبور کند، به این پدیده «تونل زنی» می گویند. مثل اینست که جلوی دیواری ایستاده باشید و به جای بالا رفتن یا دور زدن آن، به شکلی مستقیم از میان آن عبور کنید.
با این وجود هیچ راهی وجود ندارد که بتوانید از دیوار عبور کنید. این به این علت است که «تونل زنی» پدیده ای منحصر به جهان کوانتومی است، جایی که ذرات فرصتی برای عبور از یک مانع بالقوه دارند که به صورت کلاسیک نمی توانند بر آن غلبه کنند.
محققان 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.
محققان با استفاده از سه موچین بعنوان تله توانستند با تغییر فاصله بین تله ها، سرعت تونل زنی اتم ها را کنترل کنند. این رویکرد به محققان اجازه داد تا اتم ها را با موفقیت بین دو موچین خارجی انتقال دهند.
محققان در مطالعه خود خاطرنشان کردند: ما یک انتقال نرم و با کارآمدی بالا از اتم ها را بین دو تله بیرونی مشاهده کردیم که جمعیت بسیار کمی در تله مرکزی باقی می مانند.
آزمایش فوق سبب انتقال یک اتم از موچین اول به موچین سوم، بدون اشغال موچین میانی شد. اما دقیقاً چه چیزی مانع از ماندن اتم ها در موچین میانی شد؟
برای یافتن پاسخ این سوال باید درک کرد که برای عبور چیزی از راه تونل زنی، اتم ها مانند بسته های موجی رفتار می کنند، به این مفهوم 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.
محققان می گویند که تداخل سازنده امواج، قله ها و فرورفتگی هایی را در موچین اول و سوم بوجود می آورد. با این وجود در موچین نوری میانی، قله ها و فرورفتگی ها یکدیگر را خنثی می کنند. این تداخل مخرب، احتمال یافتن اتم در موچین میانی را تقریبا صفر می کند و امکان انتقال روان و کارآمد اتم ها را بین موچین های اول و سوم فراهم می آورد.
این نتایج نشان داده است که آرایه های موچین نوری می توانند بعنوان 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.
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب