تولید ذرات جرم منفی توسط دستگاه لیزری جدید
این با من: محققان دانشگاه ˮروچسترˮ یك دستگاه لیزری ساخته اند كه به لطف یك ماده نیمه هادی اتمی كه داخل میكروسكوپ نوری لیزر قرار می گیرد، می تواند ذرات با جرم منفی تولید كند.
به گزارش این با من به نقل از ایسنا و به نقل از گیزمگ، محققان دانشگاه "روچستر"(Rochester) موفق به ساخت لیزری شده اند كه قادر است ذراتی با جرم منفی تولید نماید.
در تجربه روزمره اگر چیزی را فشار دهیم، از ما دور می گردد. اما اشیا با جرم منفی این اصل اساسی را كنار می گذارند و در عوض به سمت شما سرعت می گیرند.
این مبحث به نظر علمی-تخیلی است، اما این ایده به لحاظ نظری امكان پذیر است و اثرات آن در آزمایش های اخیر مشاهده شده است.
در حال حاضر دانشمندان دانشگاه "روچستر" یك دستگاه ساخته اند كه می توانند ذراتی را تولید كنند كه جرم منفی را نشان می دهند.
قانون دوم حركت نیوتن می گوید كه نیروی بر روی یك جسم برابر است با جرم درونی آن ضرب در شتاب آن (F = ma). معمولا تمام این مقادیر مثبت هستند، چون كه اعمال نیروی مثبت در یك جسم با جرم مثبت سبب شتاب مثبت می گردد و جسم را به سمت جلو هدایت می كند.
اما اگر یك جسم دارای جرم منفی باشد، نیرو هم منفی می شود، به این مفهوم كه جسم در جهت مخالف حركت می كند. ازاین رو اگر شما تلاش كنید آن را هل دهید، شی خویش را به دست شما فشار می دهد.
جرم منفی عموما تنها در تحلیل های نظری نشان داده شده است، با اینكه یك آزمایش سال قبل اتم های روبیدیوم را با لیزرها دستكاری كرد تا یك مایع تولید كند كه طوری عمل كند كه جرم منفی داشته باشد.
در حال حاضر، محققان دانشگاه "روچستر" می گویند كه دستگاهی ساخته اند كه می تواند با تركیب فوتون های نور لیزر و اكسیتون ها در یك ماده نیمه هادی(نیم رسانا)، ذراتی با جرم منفی تولید كند.
اكسیتون یك حالت مقید الكترون – حفره است كه این دو با نیروی الكترواستاتیك كولنی جذب می شوند. اكسیتون یك شبه ذره خنثی است كه در عایق ها، نیم رساناها و برخی مایعات وجود دارد.
اكسیتون یك برانگیختگی ماده چگال است و می تواند بدون اینكه بار خالص داشته باشد، انرژی حمل كند. هنگامی كه یك فوتون توسط نیم رسانا جذب می گردد یك اكسیتون تولید می گردد.
الكترون از باند والانس(نوار ظرفیت) به باند هدایت(نوار رسانش) برانگیخته می گردد و یك حفره بوجود می آورد. این الكترون در باند هدایت به صورت موثر جذب حفره می گردد.
این جفت الكترون –حفره مقید یا همان اكسیتون دارای انرژی كمتری از جفت الكترون های غیر مقید است.
تابع موج حالت مقید تابع هیدروژنی گفته می شود، چون همان گونه كه الكترون به پروتون مقید می گردد و اتم هیدروژن خنثی را تشكیل می دهد، الكترون و حفره هم می توانند توسط بر همكنش كولنی جذب شوند.
مفهوم اكسیتون نخستین بار توسط "یاكوف فرنكل"(Yakov Frenkel) در سال 1931 عنوان شد. وی اكسیتون های اتم ها را در یك عایق توصیف و عنوان نمود كه این حالت برانگیخته بدون اینكه بار خالصی را منتقل كند، قادر به حركت در ساختار شبكه است.
نیم رسانا یانیمه هادی، عنصر یا ماده ای است كه در حالت عادی عایق باشد ولی با افزودن مقداری ناخالصی قابلیت هدایت الكتریكی پیدا كند. منظور از ناخالصی، عنصر یا عناصر دیگری است غیر از عنصر اصلی یا پایه، مثلا اگر عنصر پایه سیلیسیوم باشد ناخالصی می تواند آلومینیوم یا فسفر باشد.
نیم رساناها در نوار ظرفیت خود چهار الكترون دارند. میزان مقاومت الكتریكی نیم رساناها بین رساناها و نارساناها می باشد. از نیمه رساناها برای ساخت قطعاتی مانند دیود، ترانزیستور، تریستور، آی سی و غیره استفاده می گردد.
ظهور نیم رساناها در علم الكترونیك انقلاب عظیمی را در این علم بوجود آورده كه اختراع كامپیوتر یكی از دستاوردهای این انقلاب است.
و اما دستگاه بر مبنای یك لیزر با یك هسته اصلی تولید شده است. به صورت معمول، نور بین یك جفت آینه رو به روی هم حركت می كند و فضایی كه نور در آن محصور شده است، حفره نوری یا میكروحفره نامیده می گردد.
محققان در حفره نوری این دستگاه یك نیمه هادی نازك اتمی تولید شده از "مولیبدنوم دیسلنائید" تعبیه كردند كه در آن می تواند با نور محصور شده ارتباط برقرار كند.
اكسیتون ها برای تولید ذرات جدید به نام پلاریتون ها كه دارای جرم منفی هستند در نیمه هادی با فوتون ها در نور محدود شده لیزر تركیب می شوند.
"نیك وامیواكاس"، سرپرست این مطالعه در توصیف این دستگاه می گوید: با اجبار یك اكسیتون برای كنار گذاشتن و سپردن بخشی از هویت خود به یك فوتون برای تولید یك پلاریتون، ما با یك شی كه دارای جرم منفی كه با آن مرتبط می باشد، مواجه می شویم.
وی اضافه كرد: این چیزی است كه درك آن مشكل است و مغز را به چالش می كشد، زیرا اگر شما تلاش كنید آن را فشار دهید یا آن را بكشید، در جهت مخالف از آنچه معمول است می رود.
محققان همچنان در تلاش هستند تا فیزیك ذرات جرم منفی را در دستگاه كشف كنند و با اینكه هنوز تا كاربرد عملی راهی طولانی باقی مانده است، اما یكی از نخستین پیشرفت ها می تواند لیزرهای كارآمدتر باشد.
"وامیواكاس" می گوید: ما در حال رویا پردازی راه هایی برای اعمال فشار یا كشیدن این ذرات، شاید با استفاده از یك میدان الكتریكی در سراسر دستگاه و سپس مطالعه چگونگی حركت این پلاریتون ها در اطراف دستگاه با استفاده از نیروی خارجی هستیم.
وی اضافه كرد: اما همینطور معلوم شد دستگاهی كه ما ساخته ایم، راهی برای تولید نور لیزری با مقدار كمی انرژی است. با پلاریتون هایی كه ما با این دستگاه بوجود آورده ایم، نحوه عمل لیزر كاملا متفاوت می باشد. سیستم با انرژی ورودی بسیار پایین تری آغاز به پرتوافشانی می كند.
این تحقیق در مجله Nature Optics انتشار یافته است.
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب