مدار تیانگونگ 1 به صورت زنده:
https://youtu.be/AWRNWll35vw
این ایستگاه فضایی چینی که به اندازه یک اتوبوس است، از سال 2016 از کنترل خارج شد و انتظار میرود امروز یا فردا وارد جو زمین شده و سقوط کند.
@cosmos_language
https://youtu.be/AWRNWll35vw
این ایستگاه فضایی چینی که به اندازه یک اتوبوس است، از سال 2016 از کنترل خارج شد و انتظار میرود امروز یا فردا وارد جو زمین شده و سقوط کند.
@cosmos_language
YouTube
Tiangong 1 Crashed || CHINESE SPACE STATION FALLING || Tiangong- 1 || 天宫一号
Tiangong 1 || Falling Tiangong-1 || Chinese Satellite [ Live Tracking ] Map : Indian Ocean - Mexico - Atlantic Ocean - Indian Ocean - Australia - United Stat...
کشف “یخ اسپینی شاکتی”، حالت جدیدی از ماده!
فیزیکدانان، مادهی جدیدی کشف کردهاند که نظم ساختاری آن، بیشتر با قواعد مکانیک کوانتومی، سازگار است تا نظریهی ترمودینامیک استاندارد. در یک مادهی کلاسیک به نام یخ اسپینی مصنوعی که در فازهای معینی، به صورت بینظم ظاهر میشود، ماده واقعاً منظم است اما به شکل توپولوژیکی!
محققان میگویند:
«پژوهش ما برای نخستین بار نشان میدهد سیستمهای کلاسیکی مانند یخ اسپینی مصنوعی میتوانند برای اثبات فازهای منظم توپولوژیکی طراحی شوند، فازهایی که قبلاً فقط در شرایط کوانتومی دیده شده بودند. فیزیکدانان عموماً فازهای ماده را به صورت منظم (مانند بلور) و نامنظم (مانند گازها) دستهبندی میکنند و این کار را بر اساس تقارن نظم مشاهده شده انجام میدهند. اثبات اینکه این اثرات توپولوژیکی میتواند داخل یک سیستم یخ مصنوعی طراحی شوند، دری را به سوی پژوهشهای جذاب و جدید، باز میکند.»
محققان در این پژوهش جدید، نوعی هندسهی ویژه برای یخ اسپینی مصنوعی کشف کردند که “Shakti spin ice” (یخ اسپینی شاکتی) نامیده میشود. این مواد همیشه به صورت نظری طراحی میشوند، اما این بار کشف ویژگیهای عجیب و خارج از تعادل آن از طریق آزمایش و سپس به نظریه اتفاق افتاده است. دانشمندان با انجام آزمایش، پدیدهی عجیبی مشاهده کردند: برخلاف سایر یخهای اسپینی مصنوعی که با کاهش پلهای دما میتوانستند به حالت انرژی پایین خود برسند، یخ اسپینی شاکتی به طور محکم در تراز انرژی خود باقی میماند. در واقع این سیستم طوری گیر میکند که نمیتواند خود را بازآرایی کند.
دانشمندان با دورشدن از تصویر اسپینی و تمرکز بر توصیف ظهوریافتهی برانگیختگیهای سیستم، یک حالت کمانرژی را توصیف کردند که دقیقاً مطابق با یک مدل نظری مشهور بود: “Dimer cover model” (مدل پوشش دیمر) که ویژگیهای توپولوژیکی آن قبلاً شناخته شده است. بنابراین دادههای آزمایشگاهی، بقای بار توپولوژیکی و طول عمر برانگیختگیها را تأیید کردند.
دانشمندان میگویند:
«این پدیده برای ما بسیار جذاب است، زیرا معمولاً چارچوبهای نظری از فیزیک کلاسیکی به سمت فیزیک کوانتومی حرکت میکنند، اما در مورد نظم توپولوژیکی، این روند برعکس شد.»
منبع:
Nature
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
فیزیکدانان، مادهی جدیدی کشف کردهاند که نظم ساختاری آن، بیشتر با قواعد مکانیک کوانتومی، سازگار است تا نظریهی ترمودینامیک استاندارد. در یک مادهی کلاسیک به نام یخ اسپینی مصنوعی که در فازهای معینی، به صورت بینظم ظاهر میشود، ماده واقعاً منظم است اما به شکل توپولوژیکی!
محققان میگویند:
«پژوهش ما برای نخستین بار نشان میدهد سیستمهای کلاسیکی مانند یخ اسپینی مصنوعی میتوانند برای اثبات فازهای منظم توپولوژیکی طراحی شوند، فازهایی که قبلاً فقط در شرایط کوانتومی دیده شده بودند. فیزیکدانان عموماً فازهای ماده را به صورت منظم (مانند بلور) و نامنظم (مانند گازها) دستهبندی میکنند و این کار را بر اساس تقارن نظم مشاهده شده انجام میدهند. اثبات اینکه این اثرات توپولوژیکی میتواند داخل یک سیستم یخ مصنوعی طراحی شوند، دری را به سوی پژوهشهای جذاب و جدید، باز میکند.»
محققان در این پژوهش جدید، نوعی هندسهی ویژه برای یخ اسپینی مصنوعی کشف کردند که “Shakti spin ice” (یخ اسپینی شاکتی) نامیده میشود. این مواد همیشه به صورت نظری طراحی میشوند، اما این بار کشف ویژگیهای عجیب و خارج از تعادل آن از طریق آزمایش و سپس به نظریه اتفاق افتاده است. دانشمندان با انجام آزمایش، پدیدهی عجیبی مشاهده کردند: برخلاف سایر یخهای اسپینی مصنوعی که با کاهش پلهای دما میتوانستند به حالت انرژی پایین خود برسند، یخ اسپینی شاکتی به طور محکم در تراز انرژی خود باقی میماند. در واقع این سیستم طوری گیر میکند که نمیتواند خود را بازآرایی کند.
دانشمندان با دورشدن از تصویر اسپینی و تمرکز بر توصیف ظهوریافتهی برانگیختگیهای سیستم، یک حالت کمانرژی را توصیف کردند که دقیقاً مطابق با یک مدل نظری مشهور بود: “Dimer cover model” (مدل پوشش دیمر) که ویژگیهای توپولوژیکی آن قبلاً شناخته شده است. بنابراین دادههای آزمایشگاهی، بقای بار توپولوژیکی و طول عمر برانگیختگیها را تأیید کردند.
دانشمندان میگویند:
«این پدیده برای ما بسیار جذاب است، زیرا معمولاً چارچوبهای نظری از فیزیک کلاسیکی به سمت فیزیک کوانتومی حرکت میکنند، اما در مورد نظم توپولوژیکی، این روند برعکس شد.»
منبع:
Nature
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
Nature Physics
Classical topological order in the kinetics of artificial spin ice
Experiments on the Shakti geometry of artificial spin ice show that its low-energy excitations are topologically protected, and that an emergent classical topological order influences the ergodicity and equilibration of this nanomagnetic system.
Cosmos' Language
کشف “یخ اسپینی شاکتی”، حالت جدیدی از ماده! فیزیکدانان، مادهی جدیدی کشف کردهاند که نظم ساختاری آن، بیشتر با قواعد مکانیک کوانتومی، سازگار است تا نظریهی ترمودینامیک استاندارد. در یک مادهی کلاسیک به نام یخ اسپینی مصنوعی که در فازهای معینی، به صورت بینظم…
s41567-018-0077-0.pdf
1.6 MB
مقاله اصلی.
نقض قانون دوم ترمودینامیک
بیش از یک و نیم قرن از حکمرانی قانون دوم ترمودینامیک بر فیزیک میگذرد. خلاصه این قانون به مفهوم آشنای انتروپی باز میگردد. این قانون بیان میکند که انتروپی یک سیستم منزوی در طول زمان، همیشه افزایش مییابد. این در حالیست که دانشمندان راهی برای نقض قانون دوم ترمودینامیک یافتهاند!
تاریخچه قانون دوم ترمودینامیک به دهه 1850 باز میگردد. در آن زمان، کلازیوس مفهوم سیستمهای ترمودینامیکی را توسعه داد و دریافت که در هر فرآیند برگشت ناپذیر، میزان اندکی از انرژی تلف میشود و در نهایت به مفهوم انتروپی رسید. از اواسط قرن بیستم، مفهوم انتروپی در مورد نظریه اطلاعات استفاده شد که نشان میداد در سیستمهای انتقال اطلاعات (مشابه با سیستم های ترمودینامیکی)، اتلاف داده رخ میدهد.
از آنجایی که برخی افراد، انتروپی را مساوی با بینظمی میدانند، حاکمیت قانون دوم ترمودینامیک را نیز نشانه حرکت کیهان به سمت هرج و مرج بیشتر تفسیر میکنند؛ اما “بینظمی” معنی کاملاً درستی برای انتروپی نیست. انتروپی را میتوان “عدالت” معنی کرد؛ بنابراین انتروپی بیشتر، به معنای توزیع عادلانهتر انرژی بین اجزای سیستم است. با توجه به اینکه قانون دوم همیشه افزایش انتروپی را در طول زمان مجاز میداند، انتروپی را پیکان زمان یا جهت زمان هم مینامند؛ به این معنا که همیشه حالتی با انتروپی بیشتر، از نظر زمانی، پس از حالتی با انتروپی کمتر رخ میدهد. اما محققان میگویند که راهی برای نقض قانون دوم ترمودینامیک در مقیاس میکروسکوپی یافتهاند.
قانون دوم ترمودینامیک با “H-theorem” (قضیه اچ) پایه گذاری میشود. فرض کنید دو اتاق سرد و گرم داریم که یک درب بین آنها وجود دارد؛ قضیه اچ می گوید اگر درب بین دو اتاق را باز کنید، در نهایت به تعادل گرمایی خواهند رسید و اتاق گرم، هیچ گاه سردتر از اتاق سرد، نخواهد شد. حتی در قرن بیستم هم فهم درست و کاملی از ریشه های فیزیکی قضیه اچ وجود نداشت. پیشرفتهای اخیر در زمینه نظریه اطلاعات کوانتومی، یک ساختار ریاضی را برای موقعیتی که انتروپی افزایش مییابد به دست میدهد.
دانشمندان میخواستند بدانند این نظریههای مجرد و زیبا چگونه به واقعیت ارتباط دارند؟ به این منظور، آنها نظریه اطلاعات کوانتومی مبتنی بر سیستمهای ریاضی مجرد را به فیزیک حالت جامد اعمال کردند. فیزیک حالت جامد، زمینهای است که آزمایشها و بررسیهای زیادی روی آن انجام شده است. این کار به دانشمندان اجازه میدهد تا نسخه کوانتومی قضیه اچ (قضیه اچ کوانتومی) را فرمول بندی کنند که با مشاهده پذیرهای فیزیکی در ارتباط است. بنابراین قضیه اچ کوانتومی، پلی را بین فرآیندهای فیزیکی و نظریههای اطلاعات کوانتومی ایجاد میکند. این پژوهش نشان میدهد که در شرایط معینی، میتوانیم قضیه اچ را دور بزنیم. به عبارتی، ممکن است نقض قانون دوم ترمودینامیک را شاهد باشیم.
جیمز کلارک ماکسول در سال 1867، یک راه فرضی برای نقض قانون دوم ترمودینامیک پیشنهاد داد: شیطان ماکسول! اگرچه نقض قانون دوم ترمودینامیک تنها در مقیاس کوچک امکان پذیر است، اما پیامدهای آن بسیار گسترده خواهند بود. مثلاً این اصل را میتوان در مورد یک یخچال استفاده کرد. یخچال میتواند از راه دور سرد شود، یعنی انرژی مورد نیاز برای سرد کردن آن میتواند هر جایی باشد! نویسندگان این مقاله، به دنبال همکاری با تیمی از فیزیکدانان تجربی برای طراحی یک سیستم مفهومی هستند.
@Cosmos_language
https://telegram.me/cosmos_language
بیش از یک و نیم قرن از حکمرانی قانون دوم ترمودینامیک بر فیزیک میگذرد. خلاصه این قانون به مفهوم آشنای انتروپی باز میگردد. این قانون بیان میکند که انتروپی یک سیستم منزوی در طول زمان، همیشه افزایش مییابد. این در حالیست که دانشمندان راهی برای نقض قانون دوم ترمودینامیک یافتهاند!
تاریخچه قانون دوم ترمودینامیک به دهه 1850 باز میگردد. در آن زمان، کلازیوس مفهوم سیستمهای ترمودینامیکی را توسعه داد و دریافت که در هر فرآیند برگشت ناپذیر، میزان اندکی از انرژی تلف میشود و در نهایت به مفهوم انتروپی رسید. از اواسط قرن بیستم، مفهوم انتروپی در مورد نظریه اطلاعات استفاده شد که نشان میداد در سیستمهای انتقال اطلاعات (مشابه با سیستم های ترمودینامیکی)، اتلاف داده رخ میدهد.
از آنجایی که برخی افراد، انتروپی را مساوی با بینظمی میدانند، حاکمیت قانون دوم ترمودینامیک را نیز نشانه حرکت کیهان به سمت هرج و مرج بیشتر تفسیر میکنند؛ اما “بینظمی” معنی کاملاً درستی برای انتروپی نیست. انتروپی را میتوان “عدالت” معنی کرد؛ بنابراین انتروپی بیشتر، به معنای توزیع عادلانهتر انرژی بین اجزای سیستم است. با توجه به اینکه قانون دوم همیشه افزایش انتروپی را در طول زمان مجاز میداند، انتروپی را پیکان زمان یا جهت زمان هم مینامند؛ به این معنا که همیشه حالتی با انتروپی بیشتر، از نظر زمانی، پس از حالتی با انتروپی کمتر رخ میدهد. اما محققان میگویند که راهی برای نقض قانون دوم ترمودینامیک در مقیاس میکروسکوپی یافتهاند.
قانون دوم ترمودینامیک با “H-theorem” (قضیه اچ) پایه گذاری میشود. فرض کنید دو اتاق سرد و گرم داریم که یک درب بین آنها وجود دارد؛ قضیه اچ می گوید اگر درب بین دو اتاق را باز کنید، در نهایت به تعادل گرمایی خواهند رسید و اتاق گرم، هیچ گاه سردتر از اتاق سرد، نخواهد شد. حتی در قرن بیستم هم فهم درست و کاملی از ریشه های فیزیکی قضیه اچ وجود نداشت. پیشرفتهای اخیر در زمینه نظریه اطلاعات کوانتومی، یک ساختار ریاضی را برای موقعیتی که انتروپی افزایش مییابد به دست میدهد.
دانشمندان میخواستند بدانند این نظریههای مجرد و زیبا چگونه به واقعیت ارتباط دارند؟ به این منظور، آنها نظریه اطلاعات کوانتومی مبتنی بر سیستمهای ریاضی مجرد را به فیزیک حالت جامد اعمال کردند. فیزیک حالت جامد، زمینهای است که آزمایشها و بررسیهای زیادی روی آن انجام شده است. این کار به دانشمندان اجازه میدهد تا نسخه کوانتومی قضیه اچ (قضیه اچ کوانتومی) را فرمول بندی کنند که با مشاهده پذیرهای فیزیکی در ارتباط است. بنابراین قضیه اچ کوانتومی، پلی را بین فرآیندهای فیزیکی و نظریههای اطلاعات کوانتومی ایجاد میکند. این پژوهش نشان میدهد که در شرایط معینی، میتوانیم قضیه اچ را دور بزنیم. به عبارتی، ممکن است نقض قانون دوم ترمودینامیک را شاهد باشیم.
جیمز کلارک ماکسول در سال 1867، یک راه فرضی برای نقض قانون دوم ترمودینامیک پیشنهاد داد: شیطان ماکسول! اگرچه نقض قانون دوم ترمودینامیک تنها در مقیاس کوچک امکان پذیر است، اما پیامدهای آن بسیار گسترده خواهند بود. مثلاً این اصل را میتوان در مورد یک یخچال استفاده کرد. یخچال میتواند از راه دور سرد شود، یعنی انرژی مورد نیاز برای سرد کردن آن میتواند هر جایی باشد! نویسندگان این مقاله، به دنبال همکاری با تیمی از فیزیکدانان تجربی برای طراحی یک سیستم مفهومی هستند.
@Cosmos_language
https://telegram.me/cosmos_language
Telegram
Cosmos Language
🌌زبان کیهان🌌
ارتباط:
@Arman151
ارتباط:
@Arman151
Cosmos' Language
نقض قانون دوم ترمودینامیک بیش از یک و نیم قرن از حکمرانی قانون دوم ترمودینامیک بر فیزیک میگذرد. خلاصه این قانون به مفهوم آشنای انتروپی باز میگردد. این قانون بیان میکند که انتروپی یک سیستم منزوی در طول زمان، همیشه افزایش مییابد. این در حالیست که دانشمندان…
H-theorem in quantum physics.pdf
607.2 KB
خبر مهم❗️
چند روز پیش گروه “ALPHA” دقیقترین اندازهگیری مستقیم تاکنون ثبت شده از پادماده را گزارش کرد که آشکار کننده ساختار طیف اتم پادهیدروژن در شکلی بیسابقه است. نتایج منتشر شده حاصل سه دهه تحقیق و توسعه در CERN و آغاز کننده عصر کاملاً جدیدی از آزمایشات دقیق بین ماده و پادماده است.
اتم کوچک هیدروژن که متشکل از تنها یک الکترون و یک پروتون است، غولی در فیزیک بنیادی محسوب میشود و زیربنای تصویر اتمی مدرن است. طیف آن توسط خطوط مشهورِ مشخصی در طول موجهای مُعیّن تعیین میشود که متناظر با انتشار فوتونی با فرکانس یا رنگ مشخص در هنگام جهش الکترون بین ترازهای انرژی است. اندازهگیریهای طیف هیدروژن با پیشبینیهای نظری در حد چند در کوادریلیون (10¹⁵)، همخوانی دارد؛ دستاورد فوقالعادهای که مدتها طول کشید تا محققان پادماده آن را با پادهیدروژن نیز تطبیق دهند.
مقایسه چنین اندازهگیریهایی با اتمهای پادهیدروژنی که متشکل از یک پادپروتون و یک پوزیترون هستند، انحرافات یک تقارن بنیادی به نام “Charge-Parity-Time” (بار-زوجیت-زمان) (CPT) را مورد آزمون قرار میدهد. کشف هر گونه تفاوت جزئی بین این دو، میتواند پایههای مدل استاندارد فیزیک ذرات را به لرزه افکند و شاید حتی علت اینکه چرا جهان تقریباً تماماً از ماده تشکیل شده است، با وجود اینکه مقدار مساوی از پادماده نیز در بیگ بنگ پدید آمده بود، را روشن سازد. با این حال، تاکنون تولید و به دام انداختن تعداد کافی اتم ناپایدار پادهیدروژن و دستیابی به تکنولوژی اُپتیکی لازم برای طیف سنجیِ جدیِ اتم پادهیدروژن، تقریباً غیرممکن بود.
تیم آلفا با گرفتن پادپروتونها از کُند کننده پادپروتون (AD) و ترکیبشان با پوزیترونهایی از یک منبع سدیم-22، پادهیدروژن میسازد. بعد پادهیدروژنهای تولید شده را در یک تله مغناطیسی محصور میکند تا از نابودیشان به وسیله تماس با ماده معمولی جلوگیری شود. سپس پرتوهای لیزر به پادهیدروژنهای به دام انداخته شده تابیده میشوند و واکنش آنها اندازهگیری میشود و با هیدروژن مقایسه میشود.
در سال 2016 تیم آلفا از این رویکرد برای اندازهگیری فرکانس جهش الکترونی، بین تراز انرژی پایه و اولین تراز برانگیخته پادهیدروژن (جهش بین 1s و 2s) با دقت 2 در 10 میلیارد استفاده کرد و نتایج، توافق خوبی با جهشِ معادل در هیدروژن داشت. اندازهگیری با استفاده از دو فرکانس لیزر انجام شد، یکی مطابق با فرکانس جهش 1s-2s در هیدروژن و دیگری یک “قرینه” از آن. و سپس شمارش تعداد اتمهایی که به واسطه برهمکنش بین لیزر و اتمهای به دام افتاده، از تله خارج شدند.
جدیدترین نتایج آلفا، با استفاده از نه فقط یک، بلکه چندین فرکانس لیزر قرینه با فرکانسِ اندکی پایینتر و بالاتر از فرکانس جهش 1s-2s در هیدروژن، طیف سنجی پادهیدروژن را وارد مرحله جدیدی میکند. این به گروه اجازه داد تا شکل و گستره رنگ جهش 1s-2s پادهیدروژن را اندازهگیری کنند و اندازهگیری دقیقتری از فرکانسش به دست آورند. شکل آن به شدت با هیدروژن همخوانی داشت، همچنین گروه آلفا توانست فرکانس جهش 1s-2s پادهیدروژن را با دقت 2 در تریلیون تعیین کند که 100 برابر بهتر از اندازهگیری 2016 بود.
دکتر Jeffrey Hangst، سخنگوی آزمایش آلفا توضیح داد: «دقت به دست آمده در این آزمایش، هدف نهایی ما بود، 30 سال برای رسیدن به این دقت تلاش کردیم و اکنون بالأخره انجامش دادیم.»
اگرچه هنوز هم این دقت کمتر از دقت اندازهگیری هیدروژن معمولی است، اما پیشرفت سریع حاصل شده توسط آلفا، دقتی مشابه هیدروژن را برای پادهیدروژن و بدین ترتیب برای آزمونهای جدید تقارن CPT نیز در دسترس پیشبینی میکنند. Hangst اضافه کرد: «این یک طیف سنجی لیزری واقعی با پادماده است و جامعه ماده به آن توجه خواهد داشت، ما در حال تحقق بخشیدن به تمام وعدههای تسهیلات کند کننده پادپروتون سرن هستیم؛ این یک تغییر الگو است.»
منابع:
CERN
Nature
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
چند روز پیش گروه “ALPHA” دقیقترین اندازهگیری مستقیم تاکنون ثبت شده از پادماده را گزارش کرد که آشکار کننده ساختار طیف اتم پادهیدروژن در شکلی بیسابقه است. نتایج منتشر شده حاصل سه دهه تحقیق و توسعه در CERN و آغاز کننده عصر کاملاً جدیدی از آزمایشات دقیق بین ماده و پادماده است.
اتم کوچک هیدروژن که متشکل از تنها یک الکترون و یک پروتون است، غولی در فیزیک بنیادی محسوب میشود و زیربنای تصویر اتمی مدرن است. طیف آن توسط خطوط مشهورِ مشخصی در طول موجهای مُعیّن تعیین میشود که متناظر با انتشار فوتونی با فرکانس یا رنگ مشخص در هنگام جهش الکترون بین ترازهای انرژی است. اندازهگیریهای طیف هیدروژن با پیشبینیهای نظری در حد چند در کوادریلیون (10¹⁵)، همخوانی دارد؛ دستاورد فوقالعادهای که مدتها طول کشید تا محققان پادماده آن را با پادهیدروژن نیز تطبیق دهند.
مقایسه چنین اندازهگیریهایی با اتمهای پادهیدروژنی که متشکل از یک پادپروتون و یک پوزیترون هستند، انحرافات یک تقارن بنیادی به نام “Charge-Parity-Time” (بار-زوجیت-زمان) (CPT) را مورد آزمون قرار میدهد. کشف هر گونه تفاوت جزئی بین این دو، میتواند پایههای مدل استاندارد فیزیک ذرات را به لرزه افکند و شاید حتی علت اینکه چرا جهان تقریباً تماماً از ماده تشکیل شده است، با وجود اینکه مقدار مساوی از پادماده نیز در بیگ بنگ پدید آمده بود، را روشن سازد. با این حال، تاکنون تولید و به دام انداختن تعداد کافی اتم ناپایدار پادهیدروژن و دستیابی به تکنولوژی اُپتیکی لازم برای طیف سنجیِ جدیِ اتم پادهیدروژن، تقریباً غیرممکن بود.
تیم آلفا با گرفتن پادپروتونها از کُند کننده پادپروتون (AD) و ترکیبشان با پوزیترونهایی از یک منبع سدیم-22، پادهیدروژن میسازد. بعد پادهیدروژنهای تولید شده را در یک تله مغناطیسی محصور میکند تا از نابودیشان به وسیله تماس با ماده معمولی جلوگیری شود. سپس پرتوهای لیزر به پادهیدروژنهای به دام انداخته شده تابیده میشوند و واکنش آنها اندازهگیری میشود و با هیدروژن مقایسه میشود.
در سال 2016 تیم آلفا از این رویکرد برای اندازهگیری فرکانس جهش الکترونی، بین تراز انرژی پایه و اولین تراز برانگیخته پادهیدروژن (جهش بین 1s و 2s) با دقت 2 در 10 میلیارد استفاده کرد و نتایج، توافق خوبی با جهشِ معادل در هیدروژن داشت. اندازهگیری با استفاده از دو فرکانس لیزر انجام شد، یکی مطابق با فرکانس جهش 1s-2s در هیدروژن و دیگری یک “قرینه” از آن. و سپس شمارش تعداد اتمهایی که به واسطه برهمکنش بین لیزر و اتمهای به دام افتاده، از تله خارج شدند.
جدیدترین نتایج آلفا، با استفاده از نه فقط یک، بلکه چندین فرکانس لیزر قرینه با فرکانسِ اندکی پایینتر و بالاتر از فرکانس جهش 1s-2s در هیدروژن، طیف سنجی پادهیدروژن را وارد مرحله جدیدی میکند. این به گروه اجازه داد تا شکل و گستره رنگ جهش 1s-2s پادهیدروژن را اندازهگیری کنند و اندازهگیری دقیقتری از فرکانسش به دست آورند. شکل آن به شدت با هیدروژن همخوانی داشت، همچنین گروه آلفا توانست فرکانس جهش 1s-2s پادهیدروژن را با دقت 2 در تریلیون تعیین کند که 100 برابر بهتر از اندازهگیری 2016 بود.
دکتر Jeffrey Hangst، سخنگوی آزمایش آلفا توضیح داد: «دقت به دست آمده در این آزمایش، هدف نهایی ما بود، 30 سال برای رسیدن به این دقت تلاش کردیم و اکنون بالأخره انجامش دادیم.»
اگرچه هنوز هم این دقت کمتر از دقت اندازهگیری هیدروژن معمولی است، اما پیشرفت سریع حاصل شده توسط آلفا، دقتی مشابه هیدروژن را برای پادهیدروژن و بدین ترتیب برای آزمونهای جدید تقارن CPT نیز در دسترس پیشبینی میکنند. Hangst اضافه کرد: «این یک طیف سنجی لیزری واقعی با پادماده است و جامعه ماده به آن توجه خواهد داشت، ما در حال تحقق بخشیدن به تمام وعدههای تسهیلات کند کننده پادپروتون سرن هستیم؛ این یک تغییر الگو است.»
منابع:
CERN
Nature
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
Cosmos' Language
خبر مهم❗️ چند روز پیش گروه “ALPHA” دقیقترین اندازهگیری مستقیم تاکنون ثبت شده از پادماده را گزارش کرد که آشکار کننده ساختار طیف اتم پادهیدروژن در شکلی بیسابقه است. نتایج منتشر شده حاصل سه دهه تحقیق و توسعه در CERN و آغاز کننده عصر کاملاً جدیدی از آزمایشات…
s41586-018-0017-2.pdf
1.9 MB
Cosmos' Language
خبر مهم❗️ چند روز پیش گروه “ALPHA” دقیقترین اندازهگیری مستقیم تاکنون ثبت شده از پادماده را گزارش کرد که آشکار کننده ساختار طیف اتم پادهیدروژن در شکلی بیسابقه است. نتایج منتشر شده حاصل سه دهه تحقیق و توسعه در CERN و آغاز کننده عصر کاملاً جدیدی از آزمایشات…
Media is too big
VIEW IN TELEGRAM
ندانستنیها.pdf
7.5 MB
ندانستنیهای فیزیک!
باورهای غلط مربوط به علم فیزیک (عرفان کسرایی)
باورهای غلط مربوط به علم فیزیک (عرفان کسرایی)
شیطان ماکسول
جیمز کلارک ماکسول در سال 1867 یک آزمایش فکری جالب به نام شیطان ماکسول را مطرح کرد که در سال 2016 و پس از یک و نیم قرن، دانشمندان طرحی برای عملی کردن آن پیشنهاد کردند. این آزمایش فکری برای اثبات نقض قانون دوم ترمودینامیک طراحی شده بود. قانون دوم ترمودینامیک میگوید در یک فرآیند ترمودینامیکی، انتروپی همیشه افزایش مییابد. اما ماکسول با مطرح کردن این آزمایش فکری، سعی کرد تا چگونگی نقض این قانون را نشان دهد. ماکسول میگوید فرض کنید جعبهای داریم که حاوی مولکولهای گاز در حال تعادل است. این جعبه توسط یک دیوارهی عایق به دو قسمت مساوی A و B تقسیم شده است. حالا فرض کنید درست در همین دیوارهی عایق، یک درب وجود دارد که توسط دربانی به نام شیطان ماکسول باز و بسته میشود. همه چیز در اختیار شیطان ماکسول است. او قسمت B را بیشتر دوست دارد و به مولکولهایی که سرعت بیشتری نسبت به سرعت متوسط مولکولها دارند اجازه میدهد تا وارد آن (B) شوند. از طرفی به مولکولهایی که دارای سرعت متوسط کمتری نسبت به سرعت متوسط مولکولها هستند، فقط اجازهی رفتن به قسمت A را میدهد (تصویر شماره 1). به این ترتیب، قسمت B رفته رفته، گرمتر؛ و قسمت A سردتر میشود. در نتیجه انتروپی قسمت A کاهش مییابد. در نهایت میتوان از این نیروی اجباری شیطان ماکسول، کار هم استخراج کرد. بدین ترتیب، شیطان ماکسول توانست از سیستمی که در تعادل دمایی اولیه قرار داشت، کار استخراج کند که این در تناقض با قانون دوم ترمودینامیک است. آزمایش فکری شیطان ماکسول، بیشتر به لحاظ نظری مورد بررسی قرار گرفته و از نظر تجربی بسیار کمتر به آن پرداخته شده بود.
اما در سال 2016 فیزیکدانان، نخستین اجرای فوتونیکی شیطان ماکسول را گزارش کردند. در واقع آنها نشان دادند که از اندازهگیری دو پرتوی نور، میتوان برای ایجاد عدم تعادل انرژی بین پرتوها استفاده کرد و از آن کار استخراج نمود. یکی از نکات جالب این است که از کار استخراج شده میتوان برای شارژ کردن یک باتری استفاده کرد که این یک شاهد قوی برای اثبات فعالیت شیطان است!
فیزیکدانان در طرح خود به جای یک جعبه دو قسمتی از مولکولهای گازی، از دو پالس نور استفاده کردند. نقش شیطان را هم در این آزمایش، ترکیبی از آشکارسازهای نوری ایفا میکنند. این آشکارسازها میتوانند تعداد فوتونهای هر پالس نوری را اندازه گرفته و کاری، درست شبیه به باز کردن درب در آزمایش اصلی، انجام دهند؛ یعنی پرتوی روشنتر (با فوتونهای بیشتر) را در یک جهت هدایت کرده و پرتوی تیرهتر (با فوتونهای کمتر) را به جهت دیگر بفرستند. این دو پرتوی متفاوت به آشکارسازهای نوری متفاوت میروند و جریانی الکتریکی را تولید میکنند که از جهتهای مختلف به سمت یک خازن میروند (تصویر شماره 2). اگر انرژی هر دو پالس مساوی باشد، آنها یکدیگر را تخریب خواهند کرد. اما این اتفاق نمیافتد و در واقع انرژی دو پالس برابر نبوده و یک عدم تعادل وجود دارد و این همان چیزی است که خازنها را شارژ میکند. اگرچه هدف محققان از این پژوهش، استخراج کار بهینه نبود، اما توانایی استخراج کار از شیطان ماکسول، میتواند باعث کاربردی شدن آن در آینده شود.
منبع:
Physical Review Letters
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
جیمز کلارک ماکسول در سال 1867 یک آزمایش فکری جالب به نام شیطان ماکسول را مطرح کرد که در سال 2016 و پس از یک و نیم قرن، دانشمندان طرحی برای عملی کردن آن پیشنهاد کردند. این آزمایش فکری برای اثبات نقض قانون دوم ترمودینامیک طراحی شده بود. قانون دوم ترمودینامیک میگوید در یک فرآیند ترمودینامیکی، انتروپی همیشه افزایش مییابد. اما ماکسول با مطرح کردن این آزمایش فکری، سعی کرد تا چگونگی نقض این قانون را نشان دهد. ماکسول میگوید فرض کنید جعبهای داریم که حاوی مولکولهای گاز در حال تعادل است. این جعبه توسط یک دیوارهی عایق به دو قسمت مساوی A و B تقسیم شده است. حالا فرض کنید درست در همین دیوارهی عایق، یک درب وجود دارد که توسط دربانی به نام شیطان ماکسول باز و بسته میشود. همه چیز در اختیار شیطان ماکسول است. او قسمت B را بیشتر دوست دارد و به مولکولهایی که سرعت بیشتری نسبت به سرعت متوسط مولکولها دارند اجازه میدهد تا وارد آن (B) شوند. از طرفی به مولکولهایی که دارای سرعت متوسط کمتری نسبت به سرعت متوسط مولکولها هستند، فقط اجازهی رفتن به قسمت A را میدهد (تصویر شماره 1). به این ترتیب، قسمت B رفته رفته، گرمتر؛ و قسمت A سردتر میشود. در نتیجه انتروپی قسمت A کاهش مییابد. در نهایت میتوان از این نیروی اجباری شیطان ماکسول، کار هم استخراج کرد. بدین ترتیب، شیطان ماکسول توانست از سیستمی که در تعادل دمایی اولیه قرار داشت، کار استخراج کند که این در تناقض با قانون دوم ترمودینامیک است. آزمایش فکری شیطان ماکسول، بیشتر به لحاظ نظری مورد بررسی قرار گرفته و از نظر تجربی بسیار کمتر به آن پرداخته شده بود.
اما در سال 2016 فیزیکدانان، نخستین اجرای فوتونیکی شیطان ماکسول را گزارش کردند. در واقع آنها نشان دادند که از اندازهگیری دو پرتوی نور، میتوان برای ایجاد عدم تعادل انرژی بین پرتوها استفاده کرد و از آن کار استخراج نمود. یکی از نکات جالب این است که از کار استخراج شده میتوان برای شارژ کردن یک باتری استفاده کرد که این یک شاهد قوی برای اثبات فعالیت شیطان است!
فیزیکدانان در طرح خود به جای یک جعبه دو قسمتی از مولکولهای گازی، از دو پالس نور استفاده کردند. نقش شیطان را هم در این آزمایش، ترکیبی از آشکارسازهای نوری ایفا میکنند. این آشکارسازها میتوانند تعداد فوتونهای هر پالس نوری را اندازه گرفته و کاری، درست شبیه به باز کردن درب در آزمایش اصلی، انجام دهند؛ یعنی پرتوی روشنتر (با فوتونهای بیشتر) را در یک جهت هدایت کرده و پرتوی تیرهتر (با فوتونهای کمتر) را به جهت دیگر بفرستند. این دو پرتوی متفاوت به آشکارسازهای نوری متفاوت میروند و جریانی الکتریکی را تولید میکنند که از جهتهای مختلف به سمت یک خازن میروند (تصویر شماره 2). اگر انرژی هر دو پالس مساوی باشد، آنها یکدیگر را تخریب خواهند کرد. اما این اتفاق نمیافتد و در واقع انرژی دو پالس برابر نبوده و یک عدم تعادل وجود دارد و این همان چیزی است که خازنها را شارژ میکند. اگرچه هدف محققان از این پژوهش، استخراج کار بهینه نبود، اما توانایی استخراج کار از شیطان ماکسول، میتواند باعث کاربردی شدن آن در آینده شود.
منبع:
Physical Review Letters
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
Cosmos' Language
شیطان ماکسول جیمز کلارک ماکسول در سال 1867 یک آزمایش فکری جالب به نام شیطان ماکسول را مطرح کرد که در سال 2016 و پس از یک و نیم قرن، دانشمندان طرحی برای عملی کردن آن پیشنهاد کردند. این آزمایش فکری برای اثبات نقض قانون دوم ترمودینامیک طراحی شده بود. قانون دوم…
Photonic Maxwell’s Demon.pdf
453.1 KB
بررسی احتمال نقض قانون دوم ترمودینامیک در سیستمهای کوانتومی
در پست نقض قانون دوم ترمودینامیک، دانشمندان راهی برای نقض این قانون در مقیاس کوانتومی پیدا کرده بودند. اما موضوع این پست، استخراج یک نسخه بسیار دقیقترِ قانون دوم ترمودینامیک است. در واقع آنها احتمال نقض قانون دوم ترمودینامیک را بررسی کردند.
دانشمندان UCL، احتمال نقض قانون دوم ترمودینامیک را در سیستمهای کوانتومی محاسبه کردند. این قانون در بیشتر موارد درست است و سیستمهای فیزیکی از آن پیروی میکنند. این قانون میگوید یک فنجان قهوه داغ در یک اتاق سرد، به جای اینکه گرمتر شود، سرد میشود. در واقع اگر یک فیلم به عقب پخش شود، ما به لطف قانون دوم ترمودینامیک، فورا می توانیم به عقب رفتن آن را تشخیص دهیم.
محققان میگویند موارد نقض قانون دوم ترمودینامیک وجود دارند، اما بسیار نادر هستند. آنها میخواهند بدانند انتروپی، چه مقدار افزایش مییابد و در چه مواردی و با چه احتمالی، انتروپی کاهش مییابد. این سوالات به ویژه در مورد سیستمهای کوانتومی کوچک، بسیار مهم میشوند؛ چرا که در این سیستمها احتمال نقض قانون دوم ترمودینامیک بسیار بیشتر میشود. از طرفی محققان نشان دادند که قانون دوم ترمودینامیک چگونه در کوچکترین مقیاسهای دنیای میکروسکوپی عمل میکند و احتمال بیشینه برای مشاهده نقض آن چقدر است. در واقع آنها به دنبال اثبات یک نسخه دقیقتر قانون دوم ترمودینامیک بودند.
قانون دوم ترمودینامیک معمولاً به صورت یک نامساوی بیان میشود: مثلاً میزان انرژی جریان یافته از یک فنجان قهوه داغ به هوا، باید بزرگتر از صفر باشد. اما این قانون را میتوان به صورت یک مساوی هم نوشت که میگوید دقیقاً چه مقدار انرژی و با چه احتمالی، از هوا به فنجان منتقل میشود. این نسخه تساوی قانون دوم ترمودینامیک، بسیار عمومیتر است و میتوان آن را در مورد سیستمهای کوانتومی به کار برد.
از طرفی این فرمول قانون دوم ترمودینامیک که اطلاعات زیادی را در خود دارد، احتمال و اندازه افت و خیزهای کار و گرما را به طور چشمگیری محدود میکند و به ما میگوید که افت و خیزهای خاصی که قانون دوم ترمودینامیک را نقض میکنند، فقط به طور نمایی و با احتمال پایین رخ میدهند. این یافتهها در مقیاس نانو و برای تکنولوژیهای کوانتومی بسیار حیاتی هستند.
منابع:
Physical Review X 6.041016
Physical Review X 6.041017
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
در پست نقض قانون دوم ترمودینامیک، دانشمندان راهی برای نقض این قانون در مقیاس کوانتومی پیدا کرده بودند. اما موضوع این پست، استخراج یک نسخه بسیار دقیقترِ قانون دوم ترمودینامیک است. در واقع آنها احتمال نقض قانون دوم ترمودینامیک را بررسی کردند.
دانشمندان UCL، احتمال نقض قانون دوم ترمودینامیک را در سیستمهای کوانتومی محاسبه کردند. این قانون در بیشتر موارد درست است و سیستمهای فیزیکی از آن پیروی میکنند. این قانون میگوید یک فنجان قهوه داغ در یک اتاق سرد، به جای اینکه گرمتر شود، سرد میشود. در واقع اگر یک فیلم به عقب پخش شود، ما به لطف قانون دوم ترمودینامیک، فورا می توانیم به عقب رفتن آن را تشخیص دهیم.
محققان میگویند موارد نقض قانون دوم ترمودینامیک وجود دارند، اما بسیار نادر هستند. آنها میخواهند بدانند انتروپی، چه مقدار افزایش مییابد و در چه مواردی و با چه احتمالی، انتروپی کاهش مییابد. این سوالات به ویژه در مورد سیستمهای کوانتومی کوچک، بسیار مهم میشوند؛ چرا که در این سیستمها احتمال نقض قانون دوم ترمودینامیک بسیار بیشتر میشود. از طرفی محققان نشان دادند که قانون دوم ترمودینامیک چگونه در کوچکترین مقیاسهای دنیای میکروسکوپی عمل میکند و احتمال بیشینه برای مشاهده نقض آن چقدر است. در واقع آنها به دنبال اثبات یک نسخه دقیقتر قانون دوم ترمودینامیک بودند.
قانون دوم ترمودینامیک معمولاً به صورت یک نامساوی بیان میشود: مثلاً میزان انرژی جریان یافته از یک فنجان قهوه داغ به هوا، باید بزرگتر از صفر باشد. اما این قانون را میتوان به صورت یک مساوی هم نوشت که میگوید دقیقاً چه مقدار انرژی و با چه احتمالی، از هوا به فنجان منتقل میشود. این نسخه تساوی قانون دوم ترمودینامیک، بسیار عمومیتر است و میتوان آن را در مورد سیستمهای کوانتومی به کار برد.
از طرفی این فرمول قانون دوم ترمودینامیک که اطلاعات زیادی را در خود دارد، احتمال و اندازه افت و خیزهای کار و گرما را به طور چشمگیری محدود میکند و به ما میگوید که افت و خیزهای خاصی که قانون دوم ترمودینامیک را نقض میکنند، فقط به طور نمایی و با احتمال پایین رخ میدهند. این یافتهها در مقیاس نانو و برای تکنولوژیهای کوانتومی بسیار حیاتی هستند.
منابع:
Physical Review X 6.041016
Physical Review X 6.041017
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
Cosmos' Language
بررسی احتمال نقض قانون دوم ترمودینامیک در سیستمهای کوانتومی در پست نقض قانون دوم ترمودینامیک، دانشمندان راهی برای نقض این قانون در مقیاس کوانتومی پیدا کرده بودند. اما موضوع این پست، استخراج یک نسخه بسیار دقیقترِ قانون دوم ترمودینامیک است. در واقع آنها احتمال…
PhysRevX.6.041016.pdf
767.6 KB
Cosmos' Language
بررسی احتمال نقض قانون دوم ترمودینامیک در سیستمهای کوانتومی در پست نقض قانون دوم ترمودینامیک، دانشمندان راهی برای نقض این قانون در مقیاس کوانتومی پیدا کرده بودند. اما موضوع این پست، استخراج یک نسخه بسیار دقیقترِ قانون دوم ترمودینامیک است. در واقع آنها احتمال…
PhysRevX.6.041017.pdf
283.2 KB
اثر زنوی کوانتومی (Quantum zeno effect)
نظریه کوانتوم سرشار از مفاهیم و پیشبینیهای عجیب و غریب است. البته این عجایب تنها برای ما انسانهای ماکروسکوپی، عجیب به نظر میرسند و علت آن این است که مغز ما برای درک جهان ماکروسکوپی و قوانین آن فرگشت یافته و از درک دنیای کوانتومی عاجز است. اما همین مفاهیم به نظر عجیب، در دنیای اتمها به هیچ وجه شگفت انگیز نبوده، بلکه زندگی روزمره آنهاست! یکی از این مفاهیم، اثر زنو است که در سال 1977 در دانشگاه تگزاس مطرح شد. اثر زنو یا پاردوکس تورینگ به این شکل تعریف میشود: «اگر یک ذره ناپایدار را به طور مداوم مشاهده کنید، هیچگاه دچار واپاشی نخواهد شد! یعنی شما با اندازهگیریهای مداوم و مکرر میتوانید از تحول و تغییر سیستم، جلوگیری کرده و آن را در همان حالت ابتدایی نگه دارید!»
فیزیکدانان دانشگاه کرنل آمریکا موفق شدند با طراحی و انجام یک آزمایش، این اثر عجیب و غریب را تأیید کنند. کار آنها درهای تازهای را رو به روش جدید کنترل و دستکاری حالتهای کوانتومی اتمها باز کرد و میتواند منجر به ساخت گونههای تازهای از سنسورها شود. آزمایش مورد نظر در آزمایشگاه فوق سرد “فیزیک مواد در دماهای 0.000000001 بالای صفر کلوین” انجام گردید.
محققان در این آزمایش، گازی شامل یک بیلیون اتم روبیدیوم را وارد یک محفظه خلأ کرده و سرد کردند و سپس این جرم را بین پرتوهای لیزر معلق نمودند. در این حالت، اتمها در یک شبکه منظم درست مثل یک کریستال جامد، مرتب میشوند. اما در چنین دمای پایینی، اتمها میتوانند از یک مکان به مکان دیگر شبکه تونل بزنند. اصل عدم قطعیت مشهور هایزنبرگ میگوید که موقعیت و سرعت یک ذره با یکدیگر مرتبط هستند و از آنجایی که دما معیاری از اندازهگیری حرکت ذره است، در دماهای بسیار کم (تقریباً صفر کلوین) سرعت ذرات فوق العاده اندک بوده و در نتیجه موقعیت ذره به شدت متغیر است. یعنی زمانی که شما یک اتم را در این حالت مشاهده میکنید، میتوانید آن را به طور هم زمان در مکانهای مختلف شبکه ببینید!
محققان ثابت کردهاند که میتوان تونل زنی کوانتومی را صرفاً با مشاهده اتمها سرکوب کرد! این اثر، یعنی همان اثر زنوی کوانتومی به ماهیت شگفت انگیز اندازهگیریهای کوانتومی برای یک سیستم کوانتومی اشاره دارد و بیان میکند که با اندازهگیریهای مکرر میتوان سیستم کوانتومی را در یک حالت خاص فریز کرد!
محققان اتمها را زیر میکروسکوپ و البته با استفاده از تابش آنها با یک لیزر تصویر مشاهده کردند. یک میکروسکوپ نوری نمیتواند اتمهای جدا را ببیند، اما لیزر تصویر باعث میشود اتمها از خود نور تابش کرده و در نتیجه میکروسکوپ جرقههای نوری آنها را ببیند. زمانی که لیزر تصویری خاموش بود یا شدت بسیار کمی داشت، اتمها آزادانه تونل زنی میکردند؛ اما وقتی پرتوی تصویر روشنتر و اندازهگیریها بیشتر شد، تونل زنی به طور چشمگیری کاهش یافت!
حالا دیگر ما این توانایی منحصر به فرد را داریم که دینامیکهای کوانتومی را تنها با مشاهده کردن، کنترل کنیم!
منابع:
Y. S. Patil, S. Chakram, L. M. Aycock, and M. Vengalattore Phys. Rev. A 90, 033422
Y. S. Patil, S. Chakram, and M. Vengalattore Phys. Rev. Lett. 115, 140402
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
نظریه کوانتوم سرشار از مفاهیم و پیشبینیهای عجیب و غریب است. البته این عجایب تنها برای ما انسانهای ماکروسکوپی، عجیب به نظر میرسند و علت آن این است که مغز ما برای درک جهان ماکروسکوپی و قوانین آن فرگشت یافته و از درک دنیای کوانتومی عاجز است. اما همین مفاهیم به نظر عجیب، در دنیای اتمها به هیچ وجه شگفت انگیز نبوده، بلکه زندگی روزمره آنهاست! یکی از این مفاهیم، اثر زنو است که در سال 1977 در دانشگاه تگزاس مطرح شد. اثر زنو یا پاردوکس تورینگ به این شکل تعریف میشود: «اگر یک ذره ناپایدار را به طور مداوم مشاهده کنید، هیچگاه دچار واپاشی نخواهد شد! یعنی شما با اندازهگیریهای مداوم و مکرر میتوانید از تحول و تغییر سیستم، جلوگیری کرده و آن را در همان حالت ابتدایی نگه دارید!»
فیزیکدانان دانشگاه کرنل آمریکا موفق شدند با طراحی و انجام یک آزمایش، این اثر عجیب و غریب را تأیید کنند. کار آنها درهای تازهای را رو به روش جدید کنترل و دستکاری حالتهای کوانتومی اتمها باز کرد و میتواند منجر به ساخت گونههای تازهای از سنسورها شود. آزمایش مورد نظر در آزمایشگاه فوق سرد “فیزیک مواد در دماهای 0.000000001 بالای صفر کلوین” انجام گردید.
محققان در این آزمایش، گازی شامل یک بیلیون اتم روبیدیوم را وارد یک محفظه خلأ کرده و سرد کردند و سپس این جرم را بین پرتوهای لیزر معلق نمودند. در این حالت، اتمها در یک شبکه منظم درست مثل یک کریستال جامد، مرتب میشوند. اما در چنین دمای پایینی، اتمها میتوانند از یک مکان به مکان دیگر شبکه تونل بزنند. اصل عدم قطعیت مشهور هایزنبرگ میگوید که موقعیت و سرعت یک ذره با یکدیگر مرتبط هستند و از آنجایی که دما معیاری از اندازهگیری حرکت ذره است، در دماهای بسیار کم (تقریباً صفر کلوین) سرعت ذرات فوق العاده اندک بوده و در نتیجه موقعیت ذره به شدت متغیر است. یعنی زمانی که شما یک اتم را در این حالت مشاهده میکنید، میتوانید آن را به طور هم زمان در مکانهای مختلف شبکه ببینید!
محققان ثابت کردهاند که میتوان تونل زنی کوانتومی را صرفاً با مشاهده اتمها سرکوب کرد! این اثر، یعنی همان اثر زنوی کوانتومی به ماهیت شگفت انگیز اندازهگیریهای کوانتومی برای یک سیستم کوانتومی اشاره دارد و بیان میکند که با اندازهگیریهای مکرر میتوان سیستم کوانتومی را در یک حالت خاص فریز کرد!
محققان اتمها را زیر میکروسکوپ و البته با استفاده از تابش آنها با یک لیزر تصویر مشاهده کردند. یک میکروسکوپ نوری نمیتواند اتمهای جدا را ببیند، اما لیزر تصویر باعث میشود اتمها از خود نور تابش کرده و در نتیجه میکروسکوپ جرقههای نوری آنها را ببیند. زمانی که لیزر تصویری خاموش بود یا شدت بسیار کمی داشت، اتمها آزادانه تونل زنی میکردند؛ اما وقتی پرتوی تصویر روشنتر و اندازهگیریها بیشتر شد، تونل زنی به طور چشمگیری کاهش یافت!
حالا دیگر ما این توانایی منحصر به فرد را داریم که دینامیکهای کوانتومی را تنها با مشاهده کردن، کنترل کنیم!
منابع:
Y. S. Patil, S. Chakram, L. M. Aycock, and M. Vengalattore Phys. Rev. A 90, 033422
Y. S. Patil, S. Chakram, and M. Vengalattore Phys. Rev. Lett. 115, 140402
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
مشاهده بیشتر، خطای کمتر!
کامپیوترهای کوانتومی با بیتهای کوانتومی کار میکنند که بر خلاف بیتهای کلاسیکی میتوانند به طور هم زمان، هر دو مقدار صفر و یک را داشته باشند. طبیعتاً چنین سیستمهای کوانتومی، بسیار حساس هستند. در واقع آنها به طور پیوسته و به صورت کنترل نشدهای با محیط برهمکنش میکنند و نتیجه آن است که خطا در محاسبات پدید میآید. این در حالیست که تشخیص و تعیین خطای کوانتومی برای کار کردن یک کامپیوتر کوانتومی، ضروری است. دانشمندان تلاش کردند تا چنین خطاهایی را به کمک اثر زنوی کوانتومی کاهش دهند.
حدود 2400 سال پیش، فیلسوفی یونانی به نام زنو در تأیید مکتب پارمندیس (فیلسوف پیشاسقراطی) تعدادی پارادوکس را مطرح کرد. او بر اساس این پارادوکسها، ادعا میکرد که تغییر و در نهایت حرکت، چیزی جز یک خطای حسی نیست! سه پارادوکس مشهور او در مورد حرکت، عبارتند از آشیل و لاک پشت، تقسیم کننده و تیر (پیکان).
زنو پارادوکس تیر را چنین بیان میکند: «تصور کنید تیری را به سمت نشانهای پرتاب کنیم؛ اگر زمانی که تیر در هوا در حال پرواز است به آن نگاه کنیم، آن را در یک مکان ثابت خواهیم دید. اگر چند لحظه بعد و دقیقاً قبل از برخورد به هدف باز هم به تیر نگاه کنیم، باز هم آن را به صورت ساکن خواهیم دید. بنابراین اگر پس از رها کردن تیر تا زمان برخورد آن به هدف، مانند شکل زیر، هر لحظه به تیر نگاه کنیم، آن را ثابت خواهیم دید؛ در نتیجه تیر همیشه ثابت است و حرکتی نمیکند (تصویر شماره 1).
در مکانیک نیوتنی، پارادوکس تیر با محاسبات دیفرانسیل حل شده، اما در مکانیک کوانتومی مشاهده سیستم، واقعاً آن را تغییر میدهد که به آن اثر زنو کوانتومی گفته میشود. اگر یک مشاهدهپذیر یک حالت کوانتومی اندازهگیری شود، سیستم یک ویژه حالت آن مشاهدهپذیر را میگیرد (تصویر میشود). مثلاً اگر یک کیوبیت در یک برهمنهی از دو حالت صفر و یک مشاهده شود، کیوبیت یکی از دو مقدار صفر یا یک را خواهد گرفت و اگر باز هم به طور مکرر آن را مشاهده کنیم، حالت کوانتومی آن تغییر نخواهد کرد؛ به عبارتی کیوبیت در همان حالت فریز میشود!
محققان کوانتومی به طور تجربی، زیرفضاهای زنو کوانتومی را با استفاده از سه اسپین هستهای در الماس تولید کردند. محققان نشان دادند که میتوان اطلاعات کوانتومی را با افزایش تعداد اندازهگیریها محافظت کرد. این پژوهش بررسی نقش متقابل مشاهدات (اندازهگیریهای) مکرر و محیطهای متنوع نوفه را امکان پذیر میکند.
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
کامپیوترهای کوانتومی با بیتهای کوانتومی کار میکنند که بر خلاف بیتهای کلاسیکی میتوانند به طور هم زمان، هر دو مقدار صفر و یک را داشته باشند. طبیعتاً چنین سیستمهای کوانتومی، بسیار حساس هستند. در واقع آنها به طور پیوسته و به صورت کنترل نشدهای با محیط برهمکنش میکنند و نتیجه آن است که خطا در محاسبات پدید میآید. این در حالیست که تشخیص و تعیین خطای کوانتومی برای کار کردن یک کامپیوتر کوانتومی، ضروری است. دانشمندان تلاش کردند تا چنین خطاهایی را به کمک اثر زنوی کوانتومی کاهش دهند.
حدود 2400 سال پیش، فیلسوفی یونانی به نام زنو در تأیید مکتب پارمندیس (فیلسوف پیشاسقراطی) تعدادی پارادوکس را مطرح کرد. او بر اساس این پارادوکسها، ادعا میکرد که تغییر و در نهایت حرکت، چیزی جز یک خطای حسی نیست! سه پارادوکس مشهور او در مورد حرکت، عبارتند از آشیل و لاک پشت، تقسیم کننده و تیر (پیکان).
زنو پارادوکس تیر را چنین بیان میکند: «تصور کنید تیری را به سمت نشانهای پرتاب کنیم؛ اگر زمانی که تیر در هوا در حال پرواز است به آن نگاه کنیم، آن را در یک مکان ثابت خواهیم دید. اگر چند لحظه بعد و دقیقاً قبل از برخورد به هدف باز هم به تیر نگاه کنیم، باز هم آن را به صورت ساکن خواهیم دید. بنابراین اگر پس از رها کردن تیر تا زمان برخورد آن به هدف، مانند شکل زیر، هر لحظه به تیر نگاه کنیم، آن را ثابت خواهیم دید؛ در نتیجه تیر همیشه ثابت است و حرکتی نمیکند (تصویر شماره 1).
در مکانیک نیوتنی، پارادوکس تیر با محاسبات دیفرانسیل حل شده، اما در مکانیک کوانتومی مشاهده سیستم، واقعاً آن را تغییر میدهد که به آن اثر زنو کوانتومی گفته میشود. اگر یک مشاهدهپذیر یک حالت کوانتومی اندازهگیری شود، سیستم یک ویژه حالت آن مشاهدهپذیر را میگیرد (تصویر میشود). مثلاً اگر یک کیوبیت در یک برهمنهی از دو حالت صفر و یک مشاهده شود، کیوبیت یکی از دو مقدار صفر یا یک را خواهد گرفت و اگر باز هم به طور مکرر آن را مشاهده کنیم، حالت کوانتومی آن تغییر نخواهد کرد؛ به عبارتی کیوبیت در همان حالت فریز میشود!
محققان کوانتومی به طور تجربی، زیرفضاهای زنو کوانتومی را با استفاده از سه اسپین هستهای در الماس تولید کردند. محققان نشان دادند که میتوان اطلاعات کوانتومی را با افزایش تعداد اندازهگیریها محافظت کرد. این پژوهش بررسی نقش متقابل مشاهدات (اندازهگیریهای) مکرر و محیطهای متنوع نوفه را امکان پذیر میکند.
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
تصویر شماره 1
در واقع منظور زنو این بود که در هر لحظه از مسیر تیر از آن اسکرین شات بگیرید که در نتیجه حرکتی مشاهده نخواهید کرد.
@Cosmos_language
در واقع منظور زنو این بود که در هر لحظه از مسیر تیر از آن اسکرین شات بگیرید که در نتیجه حرکتی مشاهده نخواهید کرد.
@Cosmos_language