نهایت علم elmend
توسط محققان دانشگاه هامبورگ صورت گرفت

درك بهتر سیستم های كوانتومی با رایحه هیچ چیز

درك بهتر سیستم های كوانتومی با رایحه هیچ چیز

محققان دانشگاه هامبورگ آلمان با یك آزمایش جدید موفق به درك بهتر سیستم های كوانتومی شده اند.


به گزارش نهایت علم به نقل از ایسنا و به نقل از فیز، مقاومت الکتریکی صفر در دمای اتاق؟ ماده ای با این خاصیت، یعنی یک ابررسانا در دمای اتاق می تواند توزیع برق را متحول کند، اما هنوز حتی منشا ابررسانایی در دمای بالا هم به خوبی درک نشده است.

دانشمندان دانشگاه هامبورگ موفق شده اند برای نخستین بار شواهد روشنی از ابرشارگی(superfluidity) در یک سیستم مدل مرکزی، یک ابر گازی دو بعدی مشاهده کنند. دانشمندان آزمایشات خویش را در مجله Science عرضه کرده اند که اجازه می دهد تا موضوعات کلیدی در مورد ابررسانایی با درجه حرارت بالا در یک مدل خیلی خوب کنترل شده بررسی شود.

ابرشارگی (Superfluidity) یک فاز است که غالباً در دماهای پایین دیده می شود، به صورت مثال هلیوم-۳ و هلیوم-۴ دارای یک اصطکاک سطحی هستند که پس از گذر از نقطه لاندا، گرانروی این مایع به صفر تبدیل می شود و مایع بدون اصطکاک می تواند جریان یابد. این پدیده ابتدا برای هلیوم مایع کشف شد، اما در اخترفیزیک، انرژی های بالا و نظریه های گرانش کوانتومی هم دیده می شود.

چیزهایی وجود دارد که قرار نیست اتفاق بیفتد. بعنوان مثال آب نمی تواند از شیشه یک لیوان عبور کند و به لیوان دیگری جریان یابد. در حالیکه با کمال تعجب، مکانیک کوانتومی این اتفاق را ممکن می کند، اما به شرطی که مانع بین دو مایع به اندازه کافی نازک باشد.

با عنایت به اثر تونل زنی مکانیک کوانتومی، ذرات می توانند حتی اگر مانع بالاتر از سطح مایع باشد، در مانع نفوذ کنند. حتی جالب تر اینکه این جریان حتی می تواند وقتی که سطح هر دو طرف یکسان باشد، همچنان جریان یابد. البته برای تحقق این امر، مایعات در هر دو طرف باید ابرشاره باشند، یعنی باید بتوانند بدون اصطکاک روی موانع حرکت کنند.

این پدیده اعجاب انگیز توسط "برایان جوزفسون" در رساله دکترای وی پیشبینی شده بود و چنان از اهمیت اساسی برخوردار می باشد که وی به خاطر آن جایزه نوبل دریافت کرد. این جریان تنها توسط ماهیت موج ابرشاره ها هدایت می شود و علاوه بر خصوصیت های دیگر، می تواند اطمینان حاصل کند که ابرشاره آغاز به نوسان بین دو طرف کند؛ پدیده ای که با نام "نوسانات جوزفسون" شناخته می شود.

اثر جوزفسون برای نخستین بار در سال ۱۹۶۲ بین دو ابررسانا مشاهده شد. در آزمایش، مانند جریان آب بدون تفاوت سطح، یک جریان الکتریکی می تواند از راه یک تماس تونلی و بدون ولتاژ کاربردی جریان یابد. با این کشف، اثبات قابل ملاحظه ای عرضه شده است که نشان داده است ماهیت موجی ماده در ابررساناها را حتی در سطح ماکروسکوپی می توان مشاهده کرد.

حالا برای نخستین بار دانشمندان گروه پروفسور "هنینگ موریتز" موفق شده اند نوسانات جوزفسون را در یک گاز دو بعدی فِرمی(Fermi) مشاهده کنند. این گازهای فرمی متشکل از "رایحه هیچ چیز" هستند، یعنی یک ابر گازی که دارای تنها چند هزار اتم است. اگر آنها را تا چند میلیونیم درجه بالاتر از صفر مطلق سرد نماییم، به شکل ابرشاره (superfluid) درمی آیند و می توان از آنها برای مطالعه ابرشاره ها بهره برد که در آن ذرات به شدت با یکدیگر در تعامل هستند و تنها در دو بعد زندگی می کنند.

یک گاز فرمی مجموعه ای از تعداد زیادی فرمیون است. فرمیون ها که نامشان از روی نام "انریکو فرمی" گرفته شده است، ذراتی هستند که از آمار فرمی-دیراک پیروی می کنند. این آمار، توزیع انرژی فرمیون ها در یک گاز فرمی درتعادل گرمایی را تعیین می کنند و مشخصه آنها، چگالی تعداد، دما و مجموعه حالت های انرژی در دسترس می باشد.

"نیکلا لوئیک"، نویسنده مسئول این مطالعه می گوید: ما از این مساله که مشاهده نوسانات جوزفسون در آزمایش ما قابل مشاهده بود، شگفت زده شدیم.

پروفسور "موریتز" می گوید: این موفقیت، فرصت های جدید بسیاری را برای ما به وجود می آورد تا بتوانیم بینش خود در مورد ماهیت ابرشاره های دو بعدی و به شدت در تعامل را بهبود بخشیم. ما به خاطر درک بهتر از سیستم های کوانتومی با این آزمایش خوشحال هستیم.





منبع:

1399/04/17
23:26:54
5.0 / 5
769
تگهای خبر: الكتریكی , انرژی , دانش , سیستم
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)

تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب
لطفا شما هم نظر دهید
= ۵ بعلاوه ۳
دوستان سایت نهایت علم
نهایت علم