انجام دورترین آزمایش فیزیکی در ایستگاه فضایی

نظریه پیچیده و گیج‌کننده درهم‌تنیدگی کوانتومی ممکن است به زودی در ایستگاه فضایی بین‌المللی و در بیشترین فاصله‌ای که تا‌کنون امکان داشته،‌مورد آزمایش قرار گیرد.

بر اساس گزارش لایو‌ساینس،‌ در‌هم‌تنیدگی کوانتومی دو ذره را به شکلی به یکدیگر متصل می‌کند که ایجاد تغییر در یکی از این ذرات در دیگری نیز ایجاد تغییری مشابه خواهد کرد. اکنون دانشمندان درحال آماده‌سازی زمینه برای انجام آزمایشی بر روی در‌هم‌تنیدگی ذرات در بیشترین فاصله ممکن و در ایستگاه فضایی بین‌المللی هستند.

تاکنون این نوع آزمایش در فواصل نسبتا نزدیک و در آزمایشگاه‌های زمینی انجام گرفته بود. اما اکنون دانشمندان تصمیم دارند نیمی از ذره درهم‌تنیده را به ایستگاه فضایی بفرستند،‌ پایگاهی که با سرعت 400 کیلومتر بر فراز سیاره زمین درحال گردش است.

ادامه نوشته

بوزون هیگز، برترین دستاورد علمی سال 2012

مجله ساینس با نزدیک شدن به پایان سال 2012 لیستی از برترین‌های علمی سال 2012 را منتشر کرده و کشف بوزون هیگز توسط فیزیکدانان سرن را به عنوان برترین دستاورد علمی سال 2012 معرفی کرده‌است.

به گزارش گاردین،‌ از جمله دیگر کشفیاتی که ساینس پس از بوزون هیگز به عنوان برترین‌های علمی سال معرفی کرده می‌توان به دستیابی به توالی ژنتیکی از نژادهای منقرض شده انسان‌ها و فرود آمدن کاوشگر کنجکاوی بر روی مریخ نام برد. مجله ساینس به واسطه معرفی این دستاوردهای بزرگ چکیده‌ای از پیشرفت‌های انسانی در زمینه علوم ژنتیک، فیزیک، کیهان‌شناسی، پزشکی و علوم نانو را به نمایش گذاشته‌است.

ادامه نوشته

رکورد بی‌سابقه فاصله دور نورد کوانتومی

یک گروه بین‌المللی از پژوهشگران رکورد تازه‌ای برای فاصله دورنورد (‏teleportation‏) ‏کوانتومی گزارش کرده‌اند. این پژوهشگران ادعای فاصله فضای- آزاد 143 کیلومتری دارند.

به گزارش ایسنا، ‏دورنورد کوانتومی، اطلاعات فیزیکی را بدون طی مسیر در فضای بین طرفین مخابراتی منتقل ‏می‌کند. دورنورد کوانتومی، کانال‌های اطلاعات کوانتومی و فیزیکی را برای انتقال حالت ‏پیچیده‌ای از ذرات کوانتومی ترکیب می‌کند. این روش مخابراتی اطلاعات کوانتومی را بدون ‏عبور مستقیم از فضای مابین طرفین مخابراتی منتقل می‌کند. در عمل چالش‌های مهمی در ‏دورنورد کوانتومی ایجاد تداخل می‌کنند.

ادامه نوشته

یافته جنجالی شتاب‌دهنده اتمی

گوردون کین نظریه ابرتقارن را اینگونه توصیف می‌کند: «شگفت‌انگیز، زیبا و بی‌همتا». کین، فیزیک‌دان نظری در دانشگاه میشیگان در آن‌آربور، در حدود 30 سال روی ابرتقارن کار کرده است.

ابرتقارن نظریه‌ای است که به اعتقاد وی و بسیاری از افراد دیگر گروهی از مسائل را با درک ما از جهان درون‌اتمی حل می‌کند. هنوز هم نگرانی فزاینده‌ای مبنی بر نادرستی این نظریه وجود دارد، هر چند که ممکن است این نظریه ظریف و زیبا باشد.

ادامه نوشته

سفر با سرعت نور شما را می‌کشد

سفر با سرعتی برابر نور آرزوی بسیاری از افراد است، آنهایی که فکر می‌کنند حرکت در چنین سرعتی می‌تواند بسیار جالب و هیجان‌انگیز باشد، اما به تازگی دانشمندان دریافته‌اند که چنین سرعتی می‌تواند مرگبار باشد!

به گزارش نیچر، برای این‌که بتوان مسافت‌های طولانی را در کمترین زمان ممکن طی کرد، باید با سرعتی نزدیک به سرعت نور حرکت کرد، به این شکل مسافران می‌توانند مسافت‌های بسیار طولانی را در زمانی باورنکردنی طی کنند و به لطف ویژگی‌های قانون نسبیت، به واسطه اثری که به اتساع زمان شهرت دارد، چنین سفرهایی در کسری از دقیقه رخ خواهند داد.

ادامه نوشته

نظریه فیزیکدانان آمریکایی و انگلیسی در خصوص «تجربه نزدیک به مرگ»

دو فیزیکدان ممتاز آمریکایی و انگلیسی در یک نظریه جالب پیشنهاد کرده‌اند که یک «تجربه نزدیک به مرگ» زمانی اتفاق می‌افتد که مواد کوانتومی شکل‌دهنده روح از سیستم عصبی خارج شده و به جهان وارد می‌شود.

 

به گزارش ایسنا، بر اساس این ایده، «هوشیاری»، یک برنامه برای یک رایانه کوانتومی در مغز است که که حتی پس از مرگ نیز می‌تواند در جهان باقی بماند که می‌تواند توضیحی برای تجربیات نزدیک به مرگ برخی از افراد باشد.

ادامه نوشته

فیزیک‌دانان ایرانی اصلی بنیادی در فیزیک کوانتومی را زیر سؤال بردند

دکتر علی ناجی و دکتر جلال سر آبادانی از پژوهشگاه دانش‌های بنیادی (IPM) و دانشگاه کمبریج انگلستان و همکارانشان در تحقیقاتی که به تازگی با همکاری پژوهشگرانی از کشورهای اسلونی، آمریکا، انگلستان و فرانسه انجام داده‌اند،

نیروی نامتعارفی را معرفی کرده‌اند که یافته‌های پیشین درباره اصل بنیادی « اندازه‌گیری اثر کازیمیر» در فیزیک را زیر سؤال برده است.

ساعت ابدی

محققان آزمایشگاه ملی لاورنس برکلی، طراحی تجربی از یک بلور فضا- زمان را مطرح کرده‌اند که می‌تواند تا ابد به محاسبه زمان بپردازد

به گزارش ایسنا، ایده یک ساعت ابدی که پس از پایان یافتن جهان نیز به کار خود ادامه می‌دهد، از مدتها پیش توجه فیزیکدانان را به خود جلب کرده اما شیوه ساخت آن تا کنون ناشناخته بود.

بلور چهار بعدی پیشنهادی فیزیکدانان لاورنس برکلی شبیه به بلورهای سه بعدی رایج بوده که از ساختارهای دارای الگوهای تکرار شونده مانند دانه برف و الماس برخوردار است. در حالیکه که الماس در حالت سه بعدی از یک ساختار تناوبی برخوردار بوده، بلور فضا- زمان نه تنها در فضا بلکه در زمان نیز متناوب است.

ادامه نوشته

حوزه های اسرارآمیز کیهانی با جریان زمانی معکوس

و شاید عقربه های ساعت از چرخیدن از راست به چپ آن قدر خسته شده بودند که به ناگهان در جهت مخالف شروع به حرکت کردند ..."
- راز تولد، یاستین گوردر

یک روز صبح درحالیکه تازه از خواب بیدار شده اید و در حال آماده کردن صبحانه هستید به ناگهان اتفاق عجیبی رخ می دهد: شیرقهوه داخل لیوان تان به طور خود به خود شروع به هم خوردن می کند و به تدریج شیر از قهوه جدا شده و داغ تر و داغ تر می شود! تخم مرغ ها از درون ماهیتابه به داخل پوسته شکسته شان برمی گردند و تخم مرغ های شکسته شده به طور خود به خود سالم می شوند! ...

ادامه نوشته

آیا می دانید چند جهان دیگر غیر از جهان ما در گستره کائنات وجود دارند؟

براساس نظريه ابرريسمان در فيزيك، علاوه بر جهان ما جهان‌هاي متعدد ديگري نيز در گستره ابعاد بالاتر كائنات - يعني فراتر از ابعاد چهارگانه جهان ما - شناور هستند. هر يك از اين جهان‌ها مي‌توانند قوانين بنيادين فيزيك متفاوت و خاص خود را داشته باشند. به عنوان مثال برخي از اين جهان‌ها ممكن است مثل جهان ما چهار بُعدي باشند و حتي موجوداتي دقيقاً مثل ما انسان‌ها در آنها زندگي

كنند. اما برخي ديگر ممكن است مثلاً هفت بُعدي يا هشت بُعدي و خالي از سكنه باشند. تعداد و نوع ذرات بنيادي هر يك از اين جهان‌ها هم با هم متفاوت است. مثلاً ممكن است بعضي از اين جهان‌ها اصلاً الكترون نداشته باشند اما بعضي ديگر ممكن است الكترون‌هايي با جرم و بارالكتريكي متفاوتي نسبت به جهان ما داشته باشند. حتي ثابت‌هاي بنيادين فيزيك نظير سرعت سير نور، ثابت پلانك، ثابت آلفا و ... نيز در هريك از اين جهان‌ها مي‌تواند متفاوت باشد.

محاسبات مبتني بر نظريه ابرريسمان نشان مي‌دهد كه حداقل 10 به توان 500 جهان با قوانين فيزيك متفاوت در پهنه اَبَرجهان وجود دارند که قوانين بنيادين هريک از آنها با ديگري متفاوت است. اين عدد فوق‌العاده بزرگي است و براي آنکه متوجه بزرگي آن شويد، آنرا برحسب تريليون مي نويسيم. با توجه به اينکه هر تريليون برابر هزار ميليارد است بايد گفت که در پهنه کائنات (يا همان اَبَرجهان) حداقل يک تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون جهان مختلف با قوانين فيزيك متفاوت وجود دارد!
جالب است بدانید که این عدد حتی از تعداد تمامی دانه های ماسه همه صحراهای کُره زمین هم بیشتر است!

تازه آنچه بيان شد، تعداد جهان‌هاي با ويژگي‌هاي فيزيكي متفاوت را نشان مي‌دهد ولي تعداد كل جهان‌ها احتمالاً نامتناهي است. اما نامتناهي بودن تعداد جهان‌ها - آن هم جهان‌هايي با اين همه ويژگي‌هاي عجيب و غريب - به لحاظ احتمالات رياضي عملاً به اين معني است كه هر رويداد قابل تصوري ممكن است در اين جهان‌ها به وقوع بپيوندد. به همين دليل هم اصلاً عجيب نيست كه بتوان جهاني را پيدا كرد كه مثلاً داستان پينوكيو در آن واقعاً اتفاق افتاده باشد!

بانوی نظریه اَبَرریسمان

نظریه اَبَرریسمان (1) یکی از مهم ترین و بنیادی ترین نظریات مطرح در فیزیک امروز است. بر اساس این نظریه، ذرات بنیادین سازنده جهان درواقع چیزی بجز ریسمان های بسیار کوچک و مرتعش انرژی نیستند. بدین ترتیب

این نظریه، مسأله وحدت وجود را از نگاه علم فیزیک تبیین میکند چراکه بر مبنای آن تمامی پدیده های جهان - از اتم ها گرفته تا کهکشان ها - همگی صرفاً توده هایی از ریسمان ها مرتعش انرژی هستند.

نظریه اَبَرریسمان درواقع از وحدت غایی موجود مابین تمامی ذرات و نیروهای هستی پرده برمیدارد. از دیدگاه این نظریه در کل جهان فقط و فقط یک اَبَرنیروی واحد وجود دارد، اَبَرنیرویی که با گذشت زمان از لحظه آفرینش جهان به تدریج و در چند مرحله در قالب نیروهای به ظاهر مختلف، متکثر شده و یک سیر وحدت به کثرت را پشت سر گذاشته است.

از همه اینها گذشته، نظریه اَبَرریسمان با مطرح کردن ابعاد بالاتر کائنات، مسأله وجود جهان های موازی و اَبَرجهان را نیز توضیح میدهد.

ادامه نوشته

مِهی که تمامی کیهان را پُر کرده است

آیا خلاء کیهانی واقعاً فضایی تهی از ذرات یا انرژی است؟ خیر چراکه بر اساس مدل های موجود، تمامی فضا مملو از ذراتی است که به واسطه انرژی خلاء مستمراً آفريده و نابود مي‌شوند. بخشی از

این ذرات همان ذرات مشهور هیگز هستند که خبر کشف آنها به تازگی در رسانه های جهان منتشر شد. این ذرات تمامی فضای کیهان را همانند یک مِه یا ابر رقیق کیهانی پُر کرده اند.

بر اساس جدیدترین اندازه گیری های صورت گرفته، جرم ذرات هیگز تقریباً 126 گيگا الكترون ولت - يعني تقريباً 130 برابر سنگين‌تر از پروتون – است. اهميت ويژه اين ذرات بدان علت است كه به كمك شدت برهم‌كنش ساير ذرات بنيادي جهان با ذرات هيگزی که کل جهان را پُر کرده اند مي‌توان جرم ذرات مزبور را توضيح داد.

داستان از اين قرار است كه هر ذره بنيادي در مسير حركت خود در فضا عملاً بايد از ميان انبوهي از ذرات هيگز عبور كند. بنابراين اگر ذره‌اي، برهم‌كنش بسيار ضعيفي با ذرات هيگز داشته باشد، به سادگي از ميان آنها عبور خواهد كرد، گويي كه تقريباً جرمي ندارد. اما ذراتي كه برهم‌كنش شديدي با ذره هيگز دارند، به سختي از ميان انبوه اين ذرات عبور مي‌كنند و همين مسأله سبب مي‌شود كه به گونه‌اي رفتار كنند كه گويي لختي يا جرم زيادي دارند.

بر اين اساس مي‌توان گفت كه تمامي ذرات بنيادي در لحظه تولد جهان (مِهبانگ) بدون جرم بوده‌اند اما در كسر بسيار كوچكي از ثانيه پس از آن هنگامي كه ذرات هيگز از انرژي مِهبانگ پديد آمده و كل جهان را پُر كردند به ناگهان برخي از ذرات بنيادي به واسطه برهم‌كنش با آنها جرمدار شدند. ضمناً ازآنجائيكه ذرات هيگز با خودشان هم برهم‌كنش مي‌كنند بنابراين آنها هم به نوبه خود داراي جرم شدند

تصویری از عجیب‌ترین رفتار ذرات

محققان دانشگاه گلاسکو برای اولین بار موفق به ثبت تصاویری از درهم‌تنیدگی فوتون‌ها، بر روی دوربین شدند

به گزارش ایسنا، در مکانیک کوانتوم، درهم تنیدگی یکی از عجیب‌ترین رفتارهای ذرات در جایی است که قوانین فیزیک کلاسیک شکسته و رویدادهای به نظر ناممکن، یک واقعیت هستند.

درهم تنیدگی که توسط اینشتین "عمل شبح‌وار در یک فاصله" توصیف شده، پدیده‌ای است که در آن دو ذره حتی در زمان فاصله بسیار با یکدیگر به شکل یک سیستم عمل می‌کنند. ذرات درهم تنیده در یک حالت انطباقی قرار دارند که حالت جداگانه آنها ناشناخته است؛ با این حال به محض این که یکی از آنها اندازه‌گیری یا مشاهده شد، دیگری یک موقعیت مرتبط آنی به خود گرفته و به نظر سرعت نور را نقض می‌کند.

ادامه نوشته

ضدماده چیست؟

ذرات ضدماده ذرات زیراتمی هستند که دارای خواصی ضد خواص ذرات ماده طبیعی هستند، برای مثال، یک پوزیترون معادل ضدذره‌ای الکترون با بار منفی است و دارای بار مثبت است.

هنگامی که یک ذره و ضدذره با هم برخورد می‌کنند، نیست می‌شوند و مقدار زیادی انرژی بر اساس معادله مشهور اینشتین E=mc^2 آزاد می‌کنند.(E معادل انرژی، m معادل جرم، و cمعادل سرعت نور است.)

ذرات ضدماده در برخوردهای با سرعت‌های بسیار بالا به وجود می‌آیند.

در اولین لحظات پس از مهبانگ (انفجار بزرگ) تنها انرژی موجود بود. هنگامی که جهان سرد شد و گسترش یافت، ذرات ماده و ضدماده به میزان مساوی تولید شدند.

اما ضدماده در دنیای امروز نادر است. دانشمندان مطمئن نیستند، چرا.

یک نظریه حاکی از آن است که در آغاز ماده بیشتری نسبت به ضدماده خلق شد، بنابراین حتی پس از نیست‌شدن آنها در تلاقی دوجانبه به قدر کافی ماده طبیعی به جای ماند تا ستاره‌ها و کهکهشان‌ها را بیافریند.

این پدیده در ابتدا در سال 1928 بوسیله فیزیکدان انگلیسی پل دیراک پیش‌بینی شد. او هنگامی که معادله‌هایی را به دست آورد که برای یک الکترون با بار منفی و یک الکترون با بار مثبت – یک ضدذره- صدق می‌کردند، برای اولین بار وجود ضدذره‌ها را پیش‌بینی کرد.

پیش بینی‌های او با تحربیات فیزیکدان آمریکایی کارل آندرسن در سال 1932 اثبات شد.

شناسایی مولکول سازنده جهان

محققان دانشگاه آریزونا در پژوهشی که نظریه مکانیک کوانتومی و قابلیت‌های تحقیقاتی را به سختی به چالش کشیده، موفق به شناسایی روشی برای مشاهده مولکولی شده‌اند که احتمالا جهان یا حداقل بخش‌های داغ و آتشین آن از این جرم ساخته شده است

این مولکول یون هیدروژن سه اتمی یا H3+ که در فضای گسترده و سرد میان ستاره‌ای حضور داشته، ممکن است کلید اسرار شکل‌گیری اولین ستاره‌ها را پس از انفجار بزرگ در اختیار داشته باشد.

این محققان ماه‌های زیادی را برای انجام محاسباتی به منظور کشف شیوه‌ شناسایی H3+ و رونمایی از نقش اساسی آن در ستاره شناسی و طیف‌سنجی صرف کرده‌اند.

ادامه نوشته

سرنوشت نامرئی‌ترین ذره جهان به زودی معلوم می‌شود

دانشمندان امیدوارند در صورت دسترسی به اطلاعات کافی تا پایان ماه جاری بتوانند موجودیت بوزون هیگز یکی از گریزپاترین ذرات جهان که گفته می‌شود در شکل گرفتن جهان نقشی حیاتی داشته است را اثبات یا انکار کنند

در صورتی پاسخ این سوال منفی باشد، دانشمندان باید مدل استاندارد فیزیک ذره‌ای که 40 سال است بسیاری از نظریات بر اساس آن ارائه شده و چگونگی عملکرد جهان را تشریح می‌کند مورد بازبینی دوباره قرار دهند.

فیزیکدانان مرکز مطالعاتی فرمی که مدیریت برخورد دهنده تواترون را به عهده دارند با فیزیکدانان مرکز سرن که برخورد دهنده بزرگ هادرون را در اختیار دارند برای یافتن بوزون هیگز رقابتی دوستانه داشته‌اند.

ادامه نوشته

فعلاً خبری از سفر به آینده نیست

همیشه دوست داشتید به آینده سفر کنید و ببینید فرزندانتان چه کاره می‌شوند یا سوار بر ماشین‌های پرنده دور دنیا را بزنید؟

ظاهراً دانشمندان دانشگاه علوم و فن‌آوری هنگ‌کنگ در مطالعات خود به این نتیجه رسیده‌اند که سفر در زمان غیر ممکن است و مشتقان سفر به فضا این چند سال هم بی دلیل دلشان را صابون زنده‌اند!

به گزارش Gizmodo ‌ به نقل از Discovery، این محققان با اندازه گیری سرعت فوتون دریافتند که این ذره همانند نور در حالت موج الکترومغناطیسی از قوانین محدودیت سرعتی که انیشتین در اوایل قرن بیستم ثابت کرد تبعیت می‌کند.

این تیم تحقیقاتی به این سوال اساسی پاسخ دادند که آیا فوتون که کوچک‌ترین ذره تشکیل دهنده نور است، می‌تواند سریع‌تر از نور در خلاء حرکت کند یا نه.

نتایج این تحقیقات که در ژورنال آمریکایی Physical Review Letters منتشر شده‌است، به این سوال پاسخ منفی داده و نظریه انیشتین در مورد سرعت اجسام را تأیید کرده‌است.

الکترون اوژه

این فرایند که : هرگاه الکترونی درون یک اتم از پوسته ای بالاتر به پوسته ای پایین تر برود تابشی گسیل می کند ، که انرژی آن به اختلاف انرژی دو پوسته وابسته است ، آن قدر برای ما بدیهی است که اگر بگویند در شرایط خاصی ممکن است با وجود انجام این فرایند ، تابشی گسیل نمی شود ، برای ما عجیب و غیر قابل قبول به نظر برسد.

اثر اوژه به فرایند بدون تابشی گفته می شود که در آن اتم یا یونی که پیشاپیش با از دست دادن یکی از الکترون های پوسته ی داخلی یونیده شده است ، جای خالی پوسته ی داخلی را با یک الکترون پوسته ی خارجی پر می کند و همزمان یکی دیگر از الکترون های پوسته ی خارجی را به بیرون می فرستد. الکترون آزاد در این فرایند به افتخار پی یر اوژه که در سال ۱۹۲۵ توانست آزمایش هاییش درباره ی یونش اتم های نئون ، آرگون ، کریپتون ، و زنون را بر اثر تابش پرتوهای ایکس به درستی تعبیر کند ، الکترون اوژه نامیده می شود.در این آزمایش ها ردهای دو الکترون در اتاقک ابر انبساطی ویلسون مورد بررسی قرار می گرفت ؛ در این اتاقک ،طول ردها با انرژی الکترون آزاد نسبت مستقیم دارد. انرژی یکی از فوتوالکترون ها ( که فوتو الکترون نامیده می شود ) با زیاد شدن انر ژی پرتو ایکس افزایش می یابد ، و این در حالی است که انژی الکترون دیگر ثابت می ماند.


بنابر اظهار نظر اوژه ، فوتوالکترون بر اثر یونش اتم و کنده شدن الکترون از پوسته ی داخلی تولید می شود . الکترون دوم که انرژی اش ثابت است از بازآرایی الکترونی اتم یونیده حاصل می شود و ، در نتیجه ، انرژی آن یکی از مشخصه های اتم یونیده است.این بازآرایی از طریق برهم کنش الکترون - الکترون ، که مولد نیرویی دافعه است و می تواند بر نیروی جاذبه ی ناشی از برهم کنش الکترون - هسته فایق آید ، صورت می گیرد. توجه کنید که اتم یونیده با تهی جای الکترون ای که در پوسته ی داخلی دارد ، پرتوهای ایکس نیز به وجود می آورد.

یک مثال خوب برای الکترون اوژه ، الکترون گسیل شده از هلیوم دو بار برانگیخته است . انرژی تمام حالت های هلیوم دوبار یونیده از هلیوم یک بار یونیده به اضافه یک الکترون آزاد بیشتر است. بنابراین ، تما حالت های هلیوم دوبار یونیده می توانند واپاشی اوژه ای داشته باشند.

تولید جفت و نابودی جفت

نظریه مکانیک کوانتومی که توسط شرودینگر و هایزنبرگ پیشنهاد شد، فقط برای پدیده های غیر نسبیتی کار می کند.دیراک با ترکیب نظریه نسبیت خاص و مکانیک کوانتومی موفق شد مکانیک کوانتومی را به قلمرو پدیده های نسبیتی بکشاند.نظریه جدید مکانیک کوانتومی نسبیت، وجود ذره جدیدی به نام پوزیترون را پیش بینی کرد.پیش بینی شد که جرم و بار این ذره (که به عنوان پادذره الکترون تعریف می شد)همان جرم و بار الکترون ولی با علامت مخالف (مثبت)را داشته باشد.این پادذره در سال 1932،چهار سال بعد از پیش بینی پوزیترون توسط مکانیک کوانتومی نسبیتی دیراک، توسط اندرسون به هنگام مطالعه رد به جای مانده از اشعه ی کیهانی در یک اتاقک ابر کشف شد.هنگامی که تابش الکترومغناطیسی فرکانس بالا از میان یک ورقه ی فلزی عبور می کند، فوتون های منفرد ضمن تولید یک جفت ذره،شامل یک الکترون و یک پوزیترون ناپدید می شوند.این فرآیند تولید جفت نامیده می شود.اندرسون چنین پدیده ای را با قرار دادن یک ورقه ی نازک سربی در معرض اشعه ی کیهانی فضای خارجی، که شامل پرتوهای پر انرژی ایکس هستند،مشاهده کرد.تلاش برای توضیح پدیده ی تولید جفت با فیزیک کلاسیک بی فایده است.در واقع، حتی مکانیک کوانتومی غیر نسبیتی هم برای توضیح آن به کلی شکست می خورد!به خاطر پایستگی بار، اندازه حرکت خطی، و انرژی، تولید جفت نمی تواند در فضای خالی لتفاق بیفتد.برای اینکه فرآیند تولید جفت رخ بدهد، فوتون باید با یک میدان خارجی نظیر میدان کولمبی یک هسته اتمی بر هم کنش داشته باشد تا مقداری از اندازه حرکتش را جذب کند.عکس تولید جفت، که نابودی جفت نامیده می شود نیز می تواند رخ دهد.برای مثال هنگامی که یک الکترون و یک پوزیترون با هم برخورد کنند، یکدیگر را نابود ساخته و تابش الکترومغناطیسی تولید می کنند.هنکامی که یک پوزیترون در فرآیند"تولید جفت"به وجود می آید، با عبور از میان ماده، مقداری از انرژی خود را از دست می دهد و سر انجام در برخورد با یک الکترون نابود میشود.برخورد یک پوزیترون و یک الکترون ،اتم هیدروژن گونه ای به نام پوزیترونیم تولید می کند.پوزیترونیم به اتم هیدروژنی می ماند که در آن، پروتون با پوزیترون تعویض شده باشد.توجه کنید که برخلاف تولید جفت، در نابودی جفت ،انرژی و اندازه حرکت می تواند همزمان بدون حضور میدان خارجی یا جرم اضافه ای مانند هسته ،پایسته بماند.تمام ذرات زیر اتمی دارای پادذره هستند.حتی ذرات خنثی هم پادذره دارند مثل پاد نوترون.

شكل جديد ماده

در مدرسه با سه شكل ماده آشنا ميشويم: گاز، مايع و جامد. ولي اين‌ها نيمي از حالات ماده اند. شش شكل ماده وجود دارد: جامد، مايع، گاز، پلاسما، ماده چگال باس-اينشتين و حالت تازه كشف‌شده: ماده چگال فرميوني. تمام دانش‌آموزان راهنمايي خصوصيات حالات معمول ماده روي زمين را مي‌شناسند. مواد جامد در برابر تغيير شكل مقاومت مي‌كنند، آنها سفت و گاهي شكننده اند. مايع‌ها جاري مي‌شوند و به سختي متراكم مي‌گردند و شكل ظرف خود را مي‌گيرند.

گاز‌ها كم چگال‌تر اند و ساده‌تر متراكم مي‌شوند و نه‌تنها شكل ظرف محتويشان را مي‌گيرند، بلكه آن‌قدر منبسط مي‌شوند تا كاملا آن را پر كنند.

حالت چهارم ماده، پلاسما، شبيه گاز است و از اتم‌هايي تشكيل شده‌است كه تمام يا تعدادي از الكترون‌هاي خود را از دست داده‌اند (يونيده شده‌اند). بيشتر ماده جهان در حالت پلاسماست، مثل خورشيد كه از پلاسما تشكيل شده‌است. پلاسما اغلب بسيار گرم است و مي‌توان آن را در ميدان‌هاي مغناطيسي به دام انداخت.

حالت پنجم با نام ماده چگال بوز-اينشتين (Bose-Einstein condensate) كه در سال 1995 كشف شد، در اثر سرد شدن ذراتي به نام بوزون‌ها (Bosons) تا دما‌هايي بسيار پايين پديد مي‌آيد. بوزون‌هاي سرد در هم فرومي‌روند و ابر ذره‌اي كه رفتاري بيشتر شبيه يك موج دارد تا ذره‌اي معمولي شكل مي‌گيرد. ماده چگال بوز-اينشتين شكننده‌است و سرعت عبور نور در آن بسيار كم است.

حالت تازه هم ماده چگال فرميوني (Fermionic condensate) است. دبورا جين (Deborah Jin) از دانشگاه كلورادو كه گروهش در اواخر پاييز سال 1382 موفق به كشف اين شكل تازه ماده شده‌است، مي‌گويد: وقتي شكل جديدي از ماده روبرو مي‌شويد بايد زماني را صرف شناخت ويژگي‌هايش كنيد. آنها اين ماده تازه را با سرد كردن ابري از پانصدهزار اتم پتاسيم – 40 تا دمايي كمتر از يك ميليونيم درجه بالاتر از صفر مطلق پديدآوردند. اين اتم‌ها در چنين دمايي بدون گران‌روي جريان مي‌يابند و اين نشانه ظهور ماده‌اي جديد بود. در دما‌هاي پايين‌تر چه اتفاقي مي‌افتد؟ هنوز نمي‌دانيم.

ماده چگال فرميوني بسيار شبيه ماده چگال بوز-اينشتين (BEC) است. ذرلت بنيادي و اتمها در طبيعت مي نوانند به شكل بوزون يا فرميون باشند. يكي از تفاوتهاي اساسي ميان آنها حالتهاي كوانتومي مجلز براي ذرلت است. تعداد زيلدي بوزون مي توانند در يك حالت كوانتومي باشند ، مثلا انرژي ، اسپين و ... آنها يكي باشد ، اما مطابق اصل طرد پائولي دو فرميون نمي توانند همزمان حالتهاي كوانتومي يكسان داشته باشند. براي همين مثلا در آرايش اتمي ، الكترونها كه فرميون هستند نمي توانند همگي در يك تراز انرژي قرار گيرند.در هر اربيتال تنها دو الكترون كه اسپينهاي متفاوت داشته باشند جا مي گيرد و الكترونهاي بعدي بايد يه اربيتال ديگري با انرژي بالاتر بروند. ينابراين اگر فرميونها را سرد كنيم و انرژي آنها را بگيريم ، ابتدا پايينترين تراز انرژي پر مي شود ، اما ذره بعدي بايد به ترازي با انرژي بالاتر برود. وجود ماده چگال فرميوني همانند ماده چگال يوز- اينشتين سالها قبل پيش بيني شده و خواص آن محاسبه شده بود ، اما رسيدن به دماي نزديك به صفر مطلق كه براي تشكيل اين شكل ماده لازم است تا كنون ممكن نشده بود. هر دو از فرورفتن اتم‌ها در دماهايي بسيار پايين ساخته‌مي‌شوند. اتم‌هاي BEC بوزون اند و اتم‌هاي ماده چگال فرميوني، فرميون. اما اين‌ها به چه معني اند؟

بوزون‌ها مي توانند همگي در يك تراز انرژي قرارگيرند. به طور كلي اگر تعداد الكترون + پروتون + نوترون اتمي عددي زوج باشد، آن اتم يك بوزون است. مثلا اتم‌هاي سديم معمولي بوزون ‌اند و مي‌توانند به حالت فاز چگال بوز-اينشتين ادغام شوند.

اما فرميون‌ها مطابق اصل طرد پائولي نمي‌توانند در يك حالت كوآنتومي هم ادغام شوند. هر اتمي كه تعداد الكترون‌ها + پروتون‌ها + نوترون‌هايش عددي فرد باشد، مثل پتاسيم – 40 يك فرميون است.

گروه جين براي مقابله با خواص ادغام‌ناپذيري فرميون‌ها از تأثير ميدان مغناطيسي بر آنها استفاده‌كردند. ميدان مغناطيسي سبب مي‌شود ) فرميونهاي تنها جفت شوند. قدرت اين پيوند را ميدان مغناطيسي تعيين مي‌كند. جفت‌هاي اتم‌هاي پتاسيم برخي از خواص فرميونيشان را حفظ مي‌كنند، ولي كمي شبيه بوزون‌ها عمل خواهند‌كرد. يك جفت فرميون مي‌تواند در جفت ديگري ادغام شود - و جفت تازه در جفتي ديگر ...- تا سرانجام ماده چگال فرميوني شكل‌گيرد.

در اثر اين پديده، گران‌روي (Viscosity) ماده به وجود آمده بايد بسيار كم باشد.

مشابه اين پديده را در ابررسانايي مي‌بينيم. در يك ابررسانا، جفت‌هاي الكترون (الكترون‌ها فرميون اند) مي‌توانند بدون هيچ مقاومتي جريان يابند. متأسفانه مطالعه و دسترسي به ابررسانا‌ها بسيار مشكل است. گرم‌ترين ابررساناي امروزي بايد در دماي 135- درجه سانتيگيراد عمل مي‌كند و اين بزرگ‌ترين مشكل براي مطالعه و استفاده از آنهاست. قدرت جفت‌شدن شگفت‌انگيز در حالت جديد، دانشمندان را اميدوار كرده‌است كه بتوانند از يافته‌هاي خود درباره حالت تازه ماده، براي توليد ابررساناها در دماي اتاق استفاده‌كنند.

ابررساناها كاربردهاي فراواني در علوم و فن‌آوري فضايي دارند. براي مثال ژيروسكوپ‌هايي كه براي هدايت فضاپيما‌ها در مدار استفاده مي‌شوند، با آهن‌ربا‌هاي ابررسانا بسيار دقيق‌تر كارمي‌كنند. همچنين چون ابررسانا‌ها مي‌توانند حامل جريان‌هاي بيشتر در اندازه‌هاي كوچكتري نسبت به يك سيم مسي باشند، حجم موتورهايي كه از آنها ساخته‌مي‌شود 4 تا 6 برابر كوچك‌تر از موتورهاي امروزي فضاپيماها خواهدبود.

منبع :www.physicsir.com

حالت برانگیخته

به طور کلی برانگیختگی یعنی زیاد شدن انرژی یک سیستم نسبت به حالتی که کمترین انرژی را داراست. این مفهموم به طور خاص در مکانیک کوانتومی که در آن اتمها دارای حالت‌های کوانتومی و سطوح انرژی هستند کاربرد دارد.

در مکانیک کوانتومی حالت برانگیخته سیستم (اتم٫ مولکول یا هسته) یعنی هر حالت کوانتومی که انرژی آن بیشتر از انرژی حالت پایه باشد.

حالت پایه

در مکانیک کوانتومی٫ حالت ایستا (stationary state) حالتی است که انرژی مشخصی دارد یا به عبارت دقیقتر حالتی که بردار ویژه هامیلتونی سیستم است. به این حالت ایستا می‌گویند زیرا چگالی احتمال مربوط به آن با زمان تغییری نمی‌کند.

حالت ایستا به حالتهای دیگر تبدیل نمی‌شود و با تبدیل به حالتهایی با انرژی کمتر هم از بین نمی‌رود. این حالتهای ایستا در طول زمان واقعا «ایستا» نیستند. ایستا بودن آنها بدین معنی است که اختلالات کوچک هامیلتونی روی آنها اثری ندارد و آنها همچنان بردارویژه هامیلتونی مورد نظر خواهند ماند. اما اگر اختلالات بزرگ باشند این حالتها از بین خواهند رفت.

تنها حالتی که به معنای واقعی «ایستا» است حالت پایه سیستم است. یعنی حالتی که سیستم در آن کمترین انرژی را دارد. اگر چند حالت پایه وجود داشته باشد میگوییم این حالت دارای چندگانگی است. بسیاری از سیستمها حالتهای پایه چندگانه‌ای دارند. مانند اتم هیدروژن یعنی در چندین حالت مختلف سیستم دارای کمترین انرژی است.

با توجه به قانون سوم ترمودینامیک یک سیستم در دمای صفر مطلق در حالت پایه خود می‌باشد. در نتیجه آنتروپی آن با توجه به چندگانگی سیستم تعیین می‌شود. آنتروپی بسیاری از سیستمها که حالت پایه آنها یکتا است (چندگانگی ندارد) در دمای صفر مطلق صفر می‌باشد (زیرا ln(1) = 0).

طول عمر سیستم در حالت برانگیخته کوتاه است. به طور لحظه‌ای و یا با ساطع کردن یک فوتون یا فونون سیستم انرژی اضافی خود را آزاد می‌کند و به حالتی با انرژی پایین‌تر و یا حالت پایه برمی‌گردد.

فونون

فونون یک کوانتوم انرژی است (مقایسه شود با فوتون)، که در نقش یک شبه‌ذره، حرکت نوسانی اتمها در کریستال را توجیه می‌کند. در فیزیک ماده چگال، فونون نقش بسیار مهمی دارد و بسیاری از خاصیتهای مواد جامد از جمله رسانایی گرمایی و رسانایی الکتریکی توسط فونونها صورت می‌گیرد.

فونون به عنوان شبه‌ذره یک بوزون است، یعنی اینکه از آمار بوز-اینشتین تابعیت می‌کند.

اگر طول عمر این حالتهای برانگیخته زیاد باشد به آنها نیمه‌پایدار (metastable) می‌گویند. ایزومرهای هسته‌ای با طول عمر زیاد و همچنین حالت اکسیژن یگانه مثالهایی از این حالتهای نیمه‌پایدار هستند.

در این ابررسانا، حالت‌های برانگیخته سطح برخورد با رنگ سبز نشان داده شده‌اند.

برانگیختگی اتمی

مثال ساده‌ای از مفهوم برانگیختگی را می‌توان در اتم هیدروژن دید.

حالت پایه اتم هیدروژن مربوط به حالتی است که تنها الکترون آن در پایین‌ترین اربیتال (که مربوط به تابع موج با تقارن کروی است و کوچکترنی عدد کوانتومی ممکن را داراست) قرار دارد. اگر به اتم انرژی اضافه‌ای بدهیم (مثلا با تاباندن فوتونی با انرژی خاص به اتم) الکترون می‌تواند به حالت برانگیخته یعنی حالتی که عدد کوانتومی آن بیشتر از عدد کوانتومی حالت "۱s" است برود. اگر انرژی فوتون خیلی زیاد باشد الکترون از اتم جدا شده و اتم به یون تبدیل می‌شود.

بعد از برانگیختگی ممکن است اتم با ساطع کردن یک فوتون با همان انرژی اولیه به حالت قبلی برگردد.

اتم هیدروژن با الکتریسیته و حرارت هم برانگیخته می‌شود.

سطح برانگیخته

سطح برانگیخته سطحی است که اکترون بعد از جذب فوتون به آن سطح می‌رود. با ساطع کردن فوتونی که جذب شده الکترون می‌تواند به همان سطح اولیه‌اش بازگردد. برای مثال مدل اتم هیدروژن را که ساده‌ترین اتم موجود است در نظر بگیرید. در این مدل یک الکترون به دور یک پروتون می‌چرخد. فاصله اکترون از هسته مشخص است. در حالت پایه که عدد کوانتومی برابر با یک است فاصله الکترون تا هسته ^۱۱- ۱۰ متر (شعاع بوهر) است. الکترون همچنین می‌تواند در اربتال‌های بزرگتری که مربوط به عددهای کوانتومی بزرگتر هستند قرار بگیرد.

شعاع هسته ^۱۵- ۱۰ است. اتم در حالت پایه ۱۰۰۰۰ بار بزرگتر از هسته است. یعنی اگر هسته به اندازه یک تیله باشد اتم به اندازه میدان آزادی خواهد بود. الکترون می‌تواند از هر سطح انرژی با جذب فوتون به سطح بالاتر و با ساطع کردن فوتون به سطح پایین تر برود. اختلاف سطح اولیه و نهایی تعیین کننده طول موج و در نتیجه رنگ فوتون است. اگر عدد کوانتومی سطح اولیه n_۱ و سطح نهاییn_۲ باشد طول موج فوتون مربوطه از رابطه زیر بدست می‌آید:

که در آن R = 1,1.107m − 1 است.

 

معرفی جفت ذرات در هم تنیده

اگر شما با فیزیک کوانتومی آشنایی دارید موضوع قسمت ابتدایی این مقاله جزو کتب درسی شما بوده و طبیعتا چندان جذاب نیست پس بهتر است یکراست سراغ قسمت آخر بروید. (جالبرتین و زیباترین فرضیه!) اما اطلاع چندانی از مباحث فیزیک کوانتومی ندارید مقاله را بادقت بخوانید و از برخی الفاظ نامانوس ابتدای مقاله نهراسید و به خواندن ادامه دهید چراکه در انتهای مقاله به چیزی بر می خورید که من مطمئن هستم برای اغلب شما جذاب و کاملا جدید است. هرچند این کشف در 30 سال اخیر رخ داده اما قدمت این نوع تفکر به بیش از 3000 سال قبل باز می گردد. با این وجود بی توجهی دانشمندان ما به این مهم منجر به مبهم و عجیب شدن این مسئله شده است.

در ضمن این مقاله را خانم مهسا موسایی 16 ساله و دانش اموز سال دوم دبیرستان سمپاد بندرعباس نوشته اند که خود بسیار عجیب اما باورکردنی است.

ادامه نوشته

بسته موج

نگاه اجمالی

بر اساس رابطه دوبروی برای هر ذره‌ای یک

موج نیز نسبت داده می‌شود. اما مشکل است

که بتوان شکلی از ذرات را تصور کرد که تا

اندازه‌ای رفتار موجی را تداعی کند. به همین

دلیل آزمایشهای پراش کلاسیک فرنل و یانگ

به قبولاندن بی‌ چون و چرای نظریه موجی نور

انجامید. از سوی دیگر ، می‌توان پیکربندیهایی

از امواج را در نظر گرفت که بسیار جایگزیده‌اند.

چنین پیکربندی امواج را بسته موج می‌گویند.

ادامه نوشته

فضای هیلبرت

فضای هیلبرت، نامیده شده به نام داوید هیلبرت، یک فضای

برداری کامل است که نورم آن (معادل قدر مطلق) از طریق

ضرب نرده‌ای تعریف می‌شود. در مکانیک کوانتومی فضای

هیلبرت مختلط و اصولا بینهایت بعدی است ولی در شرایط

خاصی هم بعدهایش می‌توانند متناهی باشند.

ادامه نوشته

فیزیک کوانتوم چیست؟

 

نیلز بور (۱۹۶۲-۱۸۸۵)، از بنیانگذاران فیزیک کوانتوم، در مورد چیزی

که بنیان گذارده است، جمله ای دارد به این مضمون که:

"اگر کسی بگوید فیزیک کوانتوم را فهمیده، پس چیزی نفهمیده است."

ما هم در اینجا می خواهیم چیزی را برایتان توضیح دهیم که قرار است

نفهمید!

ادامه نوشته

جهان موازی ثابت شد!

فیزیکدانان کوانتومی دانشگاه کالیفرنیا کشف عجیبی کرده اند  که به گونه ای نشان می دهد جسمی که در مقابل یک فرد  قرار گرفته و دیده می شود می تواند به صورت همزمان در جهانی موازی نیز وجود داشته باشد.

ادامه نوشته

گربه شرودینگر

در تعليق ميان بودن و نبودن

طبق قواعد مكانيك كوانتوم گربه تا زمانی که کسی در جعبه

را باز نکرده و مشاهده ای انجام نداده است در حال زنده و

 مرده قرار دارد...

ادامه نوشته

کامپیوترهاى کوانتومی

 

 یکی از موضوعاتی که جدیدا مورد توجه دانشمندان قرار گرفته

 کامپیوترهای کوانتومیه پس حتما ادامه مطلبو بخونید جالبه...

 

ادامه نوشته