عنوان فارسی مقاله نظریه چند قطبی الکترومغناطیسی برای نانومواد نوری
عنوان انگلیسی مقاله Electromagnetic multipole theory for optical nanomaterials
رشته های مرتبط فیزیک، فیزیک کاربردی
فرمت مقالات رایگان       pdf
کیفیت ترجمه    متوسط
نشریه     Arxiv

 

لینک دانلود فایل انگلیسی مقاله:

English file(www.Adenia.ir)

لینک دانلود فایل ترجمه فارسی مقاله:

persian file (www.Adenia.ir)

تایتان (به فرانسوی: Titan)، یا تیتان، بزرگ‌ترین قمر کیوان (زحل) است که در فاصله ۱٫۲ میلیارد کیلومتری از خورشید واقع شده‌است. تیتان بسیار کندتر از زمین به دور خود می‌چرخد، به طوری که یک روز تیتان در حدود ۱۶ روز زمین است. تیتان از نظر میزان جرم، یازدهمین جسم پرجرم در سامانهٔ خورشیدی است.

این قمر در ۲۵ مارس ۱۶۵۵ توسط کریستین هویگنس هلندی کشف شد. تیتان توسط چشم غیر مسلح قابل رؤیت نیست ولی می‌توان آن را توسط تلسکوپ‌های آماتوری یا حتی برخی دوربین‌های دو چشمی قوی مشاهده نمود. تیتان تنها قمری است که دارای اتمسفر غلیظ بوده و تنها جرمی غیر از زمین است که دارای منابع اثبات شده سطحی مایعات می‌باشد. تیتان غالباً قمری با مشخصات سیاره خوانده می‌شود. تیتان دومین قمر بزرگ در سامانه خورشیدی است. جو تیتان غالباً از نیتروژن است با این حال دارای متان و اتان نیز می‌باشد. وجود باد و باران سطح تیتان را به شکلی مشابه سطح زمین تبدیل کرده‌است. ماهواره‌های زیادی وجود زیست یا مراحل ابتدایی پیدایش شرایط پیشا-زیستی در تیتان را مورد کاوش قرار داده‌اند.

تیتان دارای جوی نسبتاً فشرده و شبیه به زمین در دوران شکل‌گیری آن است. اما با توجه به سرمای شدید (منهای ۱۸۰ درجه) در ماه تیتان، وجود زیست از نوع زمینی در آن بعید به نظر می‌رسد.

مقایسه تیتان با زمین و ماه

نگاره‌های تازهٔ کاوشگر کاسینی ناسا از وجود دریاچه‌ای حاوی هیدروکربن مایع مانند متان در ماه تیتان حکایت دارد. این نگاره‌ها نشان می‌دهد که سرمای سطح این دریاچه به ۱۸۰ درجه سانتی‌گراد زیر صفر می‌رسید.

 

نمایی حقیقی از سطح تیتان و سنگ‌های آن

در زیر سطح تیتان، ترکیباتی از آب و آمونیاک وجود دارد. این اقیانوس زیرسطحی در حقیقت یک لایه مایع است که محتوی ترکیباتی از آب یا آب و آمونیاک است و در ژرفای بین ۱۰۰ تا ۲۰۰ کیلومتری از سطح تیتان قرار گرفته‌است. ساختار درونی تیتان از یک لایه یخی تشکیل شده‌است که از هسته سنگی آن از طریق یک لایه مایع جدا شده‌است. این ویژگی موجب می‌شود که سطح جامد تیتان از بادهای فصلی حاضر در اتمسفر آسیب نبیند.

کاوشگر کاسینی

به منظور بررسی بیشتر تیتان فضاپیمای پژوهشی کاسینی به فضا فرستاده شد و در سال ۲۰۰۴ این فضاپیما به نزدیکی تیتان رسید و علاوه بر تهیه عکس‌هایی از نزدیکی تیتان با فرستادن کاوشگری به سطح تیتان با نام هویگنس امکان آزمایش‌هایی را نیز از سطح تیتان فراهم آورد که نتایج این آزمایش‌ها توسط کاسینی به زمین مخابره شد. سفر کاسینی و همراهش، هویگنس، به زحل ۷ سال به طول انجامید. پس از رسیدن به زحل، هویگنس از کاسینی جدا شد و روی سطح تیتان، بزرگ‌ترین ماه زحل فرود آمد. به لطف داده‌های کاسینی و هویگنس، آنچه امروز از منظومهٔ زحل می‌دانیم بسیار بیش‌تر از گذشته‌است.

نمایی حقیقی از تیتان و هواکرهٔ آن که توسط وویجر ۱ تصویربرداری شده‌است

جو تیتان (هواکره)

اگر چه تیتان یکی از قمرهای سیاره کیوان است و قمرهای سیارات منظومه شمسی اکثراً (به دلیل جاذبه کم و نداشتن میدان مغناطیسی برای دفع بادهای خورشیدی) فاقد جو می‌باشند، اما تیتان دارای جوی کدر است که تقریباً ده برابر ضخیم‌تر از جو زمین می‌باشد. بیش از ۹۸٪ درصد از جو تیتان را نیتروژن تشکیل می‌دهد و از این رو جو تیتان دارای یک چرخه هیدرولوژیکی شبیه به زمین است. تیتان حتی مدلی زنده از زمین ابتدائی نامیده شده‌است. دو درصد باقی مانده عمدتاً شامل گاز متان (۱٫۴٪) و هیدروژن (۰٫۲٪) می‌شود. جو تیتان ممکن است که از ستاره‌های دنباله‌دار به وجود آمده باشد. مدل‌های سنتی، فرض کرده‌اند که جو تیتان به وسیلهٔ فعالیت آتشفشانی یا تأثیر پرتو افکنی خورشیدی به وجود است، اما اینها بستگی به این دارد که تیتان در گذشته نسبت به حال بیشتر گرم بوده باشد. تحقیق جدید نشان می‌دهد که بر خوردهای ستاره‌های دنباله‌دار در طول یک دوره که `اواخر بمباران سنگین` نامیده می‌شود، یعنی زمانی نزدیک به ۴ میلیارد سال پیش زمانی‌که تصادفات توسط اجسام بزرگ همچون ستارگان دنباله‌دار و شهاب‌های آسمانی به‌طور منظم در میان اجرام بزرگ مانند سیارات، در منظومه خورشیدی‌ماه اتفاق می‌افتاده‌است، ممکن است جو نیتروژنی تیتان را بوجود آورده باشد. پژوهشگران دیدند با شلیک لیزر به داخل محلول آمونیاک و مواد آب یخ، چیزی که در تیتان اولیه احتمالاً وجود داشته‌است، نیتروژن به وجود می‌آید. بالغ بر هزار سال این بر خوردها می‌توانستند نیتروژن کافی را بوجود آورند تا قمر را در یک مه (بخار) متراکم بپوشاند تا جو ضخیمی را که ما امروز می‌بینیم حاصل شود. جو تیتان از تبدیل آمونیاکی که در طول دوره اواخر بمباران سنگین در ۴ میلیارد سال پیش به وجود آمده‌است. اگر این مدل درست باشد، بدین معناست که منبع نیتروژنی تیتان از دنیاهای خارجی دیگر و حتی سیارات داخلی مثل خودمان بسیار متفاوت است.

نمایی هنری از ارسال امواج رادیویی حوای اطلاعات مربوط به تیتان از کاوشگر کاسینی به زمین

راز طوفان‌ها و دریاچه‌های تیتان

تیتان بزرگ‌ترین قمر شگفت‌انگیز و ناشناختهٔ زحل، سراسر پوشیده از ابر ضخیمی از متان است. دمای سطح آن ۳۰۰- درجهٔ فارنهایت و قطرش کمتر از نصف قطر زمین است که با طوفان‌های بارانی و دریاچه‌های متانش خودنمایی می‌کند. در منظومهٔ شمسی به غیر از زمین تیتان تنها مکانی است که سطح آن با مقادیر بسیار زیادی از مایع پوشیده شده‌است.

یکی از این سوال‌های عجیب در رصدی در سال ۲۰۰۹ بود، زمانی که گروهی از پژوهندگان به سرپرستی پروفسور «اودد آهارونسون» (Oded Aharonson)، از مؤسسهٔ فناوری کالیفرنیا (کلتک) دریافتند که دریاچه‌های متان بیشتر در حوالی قطب‌های تیتان دیده می‌شوند و در نیمکرهٔ شمالی بیشتر از جنوب وجود دارند. کشف دوم این بود که در عرض‌های جغرافیایی پایین‌تر نزدیک به استوای تیتان رطوبت و دریاچه‌های کمتری وجود دارد. در سال ۲۰۰۵ وقتی کاوشگر هیوگنس بر سطح تیتان نشست کانال‌هایی پر از متان مایع یافت و در سال ۲۰۰۹ پژوهشگران کلتک طوفان‌های شدیدی را کشف کردند که این باران را به این مناطق خشک رسانده بود.

منابع

 

“کاری از انجمن فیزیک گروه علمی فرهنگی آدنیا”

 

واپاشی هسته‌ای (فروپاشی هسته‌ای) به مجموعه فرایندهای مختلفی گفته می‌شود که در هستهٔ اتم‌های ناپایدار پرتوزا رخ می‌دهد و پرتوهایی تولید می‌کنند که به آن‌ها پرتوهای رادیواکتیو می‌گویند. در اثر واپاشی هسته‌ای پس از یک زمان تصادفی، هسته‌های بزرگ به هسته‌های کوچکتر و معمولاً پایدارتر تجزیه می‌شوند و ماده اولیه به تدریج از بین می‌رود. البته جرم مواد جدید تنها به میزان اندکی کمتر از ماده اولیه خواهد بود و انرژی آزاد می‌شود. گاهی این انرژی را می‌توان به صورت نیروی هسته‌ای مهار کرد یا می‌تواند به‌وسیله آلودگی پرتوزایی در زیست بوم رها شود که بسیار مخاطره آمیز خواهد بود. این فرایند یک پیشامد است، یعنی نمی‌توان زمان دقیق واپاشی یک اتم مشخص را پیش‌بینی کرد، البته نیمه‌عمر آن قابل تعیین است.

در الکترودینامیک کلاسیک انتظار داریم که باید فقط ذرات باردار تشعشع کنند. در واقع گذارهای نوترونی نیز می‌توانند تولید تشعشع کنند، زیرا اولاً پروتون‌ها در هسته مجبور به تغییر مکان هستند تا مرکز جرم ثابت بماند، ثانیاً نوترون‌ها نیز مانند پروتون‌ها به علت داشتن گشتاورهای مغناطیسی تشعشع می‌کند.

واپاشی هسته  اورانیوم

دسته‌بندی واپاشی‌های هسته‌ای

واکنش‌های هسته‌ای عموماً به سه گروه زیر دسته‌بندی می‌شوند:

  • واپاشی آلفا زا، که در آن یک ذره آلفا گسیل می‌شود. در این نوع پرتوزایی، یک ذره آلفا (هسته هلیم یا ) از هسته اتم خارج می‌شود و اتم دختر در جدول تناوبی نسبت به اتم اولیه دو خانه به عقب می‌رود، مانند واکنش زیر:

یا 
 

  • واپاشی بتازا که در آن یک ذره بتا (الکترون یا پوزیترون) گسیل می‌شود. در این نوع پرتوزایی، یک الکترون (یا پوزیترون) از داخل یک نوترون (یا پروتون) خارج می‌شود و آن را تبدیل به یک پروتون (یا نوترون) می‌کند و یک پادنوترینو (یا نوترینو) خارج می‌شود. اتم دختر در جدول تناوبی نسبت به اتم اولیه یک خانه به جلو (یا عقب) می‌رود، مانند واکنش زیر:

و 

نمودار فاینمن واپاشی بتا

 

  • واپاشی گاما که در آن یک فوتون (بسته انرژی) گسیل می‌شود. در این نوع پرتوزایی، جنس اتم تغییری نمی‌کند، بلکه هسته اتم به دلیل انرژی که توسط واپاشی آلفا یا بتا دریافت کرده، به ترازهای انرژی بالاتر می‌رود. بر اساس قوانین مکانیک کوانتومی، هسته اتم به تراز اولیه برگشته و انرژی خود (که معادل اختلاف انرژی تراز بالاتر و تراز اولیه است) را به صورت یک فوتون آزاد می‌کند که معمولاً انرژی آن در محدوده انرژی پرتوهای گاما است، مانند واکنش زیر:

 
 

مقایسه نفوذپذیری پرتوهای آلفا، بتا و گاما

پایداری و ناپایداری ایزوتوپ‌ها

تا اوایل قرن بیستم میلادی تصور بر این بود که تمام عناصر پایدار هستند، زیرا نظریه اتمی جان دالتون بیان می‌کرد که اتم‌ها نه به وجود می‌آیند و نه از بین می‌روند و همه اتم‌های یک عنصر مشخص، از نظر کیفی ویژگی‌های یکسان دارند. در سال ۱۸۹۶، هانری بکرل به صورت اتفاقی پدیده پرتوزایی (به انگلیسی: Radioactivity) را کشف کرد. کشف پرتوزایی دانشمندان را بر آن کرد تا دلیل به وجود آمدنش را پیدا کنند. آزمایش‌های ارنست رادرفورد بر روی این پدیده، منجر به کشف هسته اتم شد. طبق آزمایش‌های رادرفورد، هسته اتم بار مثبت الکتریکی دارد که بعدها مشخص شد ناشی از پروتون‌‌ها است، ولی این به تنهایی نمی‌توانست پرتوزایی را توضیح دهد، حال آنکه باید عاملی وجود داشته باشد تا پروتون‌ها را در کنار هم نگه دارد تا از فروپاشی هسته به وسیله نیروی کولنی بین پروتون‌ها جلوگیری کند. پس از کشف نوترون توسط جیمز چادویک در سال ۱۹۳۲، به مدت کوتاهی معلوم شد که نوترون دومین ذره تشکیل دهنده هسته می‌باشد و عامل اصلی پایداری هسته و همچنین واپاشی آن است. پس از اثبات نوترون به عنوان دومین ذره تشکیل دهنده هسته، مفهومی به نام ایزوتوپ مطرح شد که بعدها با آزمایش‌های تجربی ثابت شد. ایزوتوپ ((به انگلیسی: Isotope) و (به یونانی: Ισότοπο)) به معنای «هم‌جا» و «هم‌مکان»، به اتم‌هایی از یک عنصر مشخص گفته می‌شود که با وجود داشتن عدد اتمی و فعالیت شیمیایی یکسان، عدد جرمی متفاوت دارند. پایداری و ناپایداری این ایزوتوپ‌ها به تعداد نوترون‌های آن بستگی دارد. برای مثال، بعضی از عناصر تنها دارای یک ایزوتوپ پایدار هستند، مانند آلومینیوم که تنها یک ایزوتوپ پایدار ( و ) دارد و بقیه همگی ناپایدار هستند (البته بعضی از آن‌ها ممکن است نیمه عمر بسیار طولانی داشته باشند، مانند و )، برخی دو یا چند ایزوتوپ پایدار دارند، مانند فلزهای مس ( و ) و قلع ( و و و …) و برخی دیگر ایزوتوپ پایداری ندارند، مانند اورانیوم (پایدارترین ایزوتوپ با نیمه عمر ۴٫۴۶۸۳‎ میلیارد سال) و فرانسیم (پایدارترین ایزوتوپ با نیمه عمر 22 دقیقه). عناصر مصنوعی نیز عموماً نیمه عمر بسیار کوتاهی دارند، مانند عنصر اوگانسون ( ) که در پایدارترین حالت نیمه عمری برابر ۸۹۰ میکروثانیه دارد.

جدول پایداری عناصر

معروف‌ترین ایزوتوپ‌ها، ایزوتوپ‌های سه‌گانه هیدروژن هستند که در پایین معرفی خواهند شد:

  1. هیدروژن معمولی ( ) یا پروتیم (به انگلیسی: Protium) که در هسته اتم خود تنها یک پروتون دارد و نوترونی ندارد. بیش از ۹۹/۹۸ هیدروژن جهان و بیشترین ماده موجود هستی را تشکیل می‌دهد.
  2. هیدروژن سنگین ( ) یا دوتریم (به انگلیسی: Deuterium) که در هسته اتم خود یک پروتون و یک نوترون دارد و در طبیعت بسیار نایاب است (کمتر از ۰/۰۲ درصد) است. آب سنگین ( ) که از ترکیب دوتریم و اکسیژن به وجود می‌آید، از نظر شیمیایی؛ خواص آب معمولی را دارد و تنها در خواص فیزیکی متفاوت است. از این نوع آب در نیروگاه‌های هسته‌ای به عنوان خنک‌کننده و مهارگر راکتورهای هسته‌ای به کار می‌رود. نوشیدن این آب در مقادیر زیاد یا طولانی مدت می‌تواند سبب عوارض جدی و یا حتی مرگ بشود.
  3. هیدروژن پرتوزا ( ) یا تریتیم (به انگلیسی: Tritium) که در هسته اتم خود یک پروتون و دو نوترون دارد. این نوع هیدروژن نیمه عمری حدود ۸±۴۵۰۰ روز دارد و حتی از دوتریم نیز نایاب‌تر است. مقادیر کمی از این ماده در فضا و به وسیله تششعات فضایی تولید می‌شود و عمده تریتیم موجود در زمین، در آزمایشگاه و توسط راکتورهای هسته‌ای تولید می‌شود. تریتیم به وسیله یک واکنش بتا زا به هلیم-3 تبدیل می‌شود:

 
معمولا اگر تعداد نوترون‌های هسته یک اتم ۱/۵ برابر تعداد پروتون‌هایش باشد، آن اتم پرتوزا می‌شود، ولی در یک قاعده کلی تمام عناصر شناخته شده سنگین‌تر از سرب پرتوزا هستند.

“کاری از انجمن فیزیک گروه علمی فرهنگی آدنیا”

اتاقک ابر یا اتاقک ویلسون نوعی محفظه برای آشکارسازی ذرات پرتوهای یونیزان است.

این اختراع را به سال ۱۹۱۱ و به چارلز تامسون ریس ویلسون نسبت می‌دهند.

یک محفظه ابر شامل یک محیط مهر و موم شده حاوی بخار بیش از حد آب یا الکل است. یک ذره باردار پر انرژی (به عنوان مثال، یک ذره آلفا یا بتا) با ترکیب مخلوط گازها با ضربه زدن به الکترونها از طریق نیروهای الکترواستاتیک در طی برخورد، با دنبال کردن ذرات گاز یونیزه می‌شود. یونهای حاصل به عنوان مراکز تراکمی عمل می‌کنند که در صورت مخلوط گاز در نقطهٔ تراکم، یک دنبالهٔ کوچک از قطرات کوچک تشکیل می‌شود. این قطرات به عنوان یک مسیر «ابر» قابل مشاهده است که برای چند ثانیه ادامه می‌یابد در حالی که قطره‌ها از طریق بخار سقوط می‌کنند. این آهنگ‌ها دارای اشکال خاص است. به عنوان مثال، یک قطعه ذرات آلفا ضخیم و مستقیم است، در حالی که یک مسیر الکترونی است و نشان می‌دهد شواهد بیشتری از انحراف‌های برخورد.

اتاق‌های ابر نقش مهمی در فیزیک ذرات تجربی از دهه ۱۹۲۰ تا ۱۹۵۰ تا زمان ظهور اتاق حباب بازی کردند. به‌طور خاص، کشف پوزیترون در سال ۱۹۳۲ (نگاه کنید به شکل ۱) و موئون در سال ۱۹۳۶، هر دو توسط کارل اندرسون (جایزه نوبل فیزیک در سال ۱۹۳۶)، از اتاق‌های ابر استفاده می‌کردند. کشف کوهن توسط جورج روچستر و کلیفورد چارلز باتلر در سال ۱۹۴۷ نیز با استفاده از یک اتاق ابر به عنوان آشکارساز ساخته شد. در هر مورد، اشعه‌های کیهانی منبع رادیویی یونیزه بودند.

عکس محفظه‌ای از اولین پوزیترون که توسط C. Anderson دیده می‌شود.

اختراع

چارلز تامسون ریس ویلسون (۱۸۶۹–۱۹۵۹)، یک فیزیکدان اسکاتلندی، با اختراع اتاق ابر به حساب می‌آید. او با الهام از مشاهدات ناخودآگاه بروکن در هنگام کار بر روی اجلاس بن‌نویس در سال ۱۸۹۴، شروع به توسعه اتاق‌های توسعه برای مطالعه ساخت ابر و پدیده‌های نوری در هوای مرطوب کرد. به سرعت او کشف کرد که یون‌ها می‌توانند به عنوان مراکز تشکیل قطرات آب در چنین اتاق‌هایی عمل کنند. او از این کشف پیگیری کرد و اولین اتاق ابر را در سال ۱۹۱۱ تکمیل کرد. در داخل محفظه اصلی ویلسون، هوا داخل دستگاه مهر و موم شده با بخار آب اشباع شد، سپس دیافراگم برای گسترش هوا داخل اتاق (گسترش آدیاباتیک)، خنک‌سازی هوا و شروع به بخار آب کن از این رو استفاده از نام ابر انبساط گسترش یافته‌است. هنگامی که یک ذره یونیزه از طریق محفظه عبور می‌کند، بخار آب روی یون‌های حاصل از آن تلفیق می‌شود و دنباله ذره در ابر بخار قابل مشاهده است. ویلسون، همراه آرتور کامپتون، جایزه نوبل فیزیک در سال ۱۹۲۷ را برای کار خود در اتاق ابر دریافت کرد. این نوع اتاق نیز یک اتاق پالس نامیده می‌شود، زیرا شرایط عملیاتی به‌طور مداوم حفظ نمی‌شود. تحولات بیشتر توسط پاتریک بلک اند ساخته شده‌است که از بهار قوی برای گسترش و فشرده‌سازی اتاق بسیار سریع استفاده می‌شود و باعث می‌شود که محفظه حساس به ذرات چندین بار در ثانیه باشد. برای ضبط تصاویر استفاده از فیلم سینمایی استفاده شد.

محفظه ابر انتشاری در سال ۱۹۳۶ توسط الکساندر لانگدسفور ساخته شد. این محفظه از محفظه انبساطی فرکانس متفاوت است که در آن به‌طور مداوم به اشعه حساسیت می‌شود و در آن پایین باید به دمای نسبتاً پایین، عموماً سردتر از -۲۶ ° C (-15 ° F) سرد شود. به جای بخار آب، الکل به دلیل نقطه انجماد پایین آن استفاده می‌شود. اتاق‌های ابر با یخ خشک یا خنک‌کننده ترموالکتریک Peltier خنک‌کننده هستند دستگاه‌های معمول تظاهرات و سرگرمی؛ الکل مصرف شده در آن‌ها معمولاً ایزوپروپیل الکل یا روح متیل است.

ساختار و عملیات

در اینجا اتاق‌های ابر فشاری مورد بحث قرار می‌گیرند. محفظه‌ای ساده از محیط محفوظ، یک صفحه گرم و یک ورق سرد سرد. این منبع الکتریسیته مایع در طرف گرم اتاق که در آن مایع تبخیر می‌شود نیاز به تشکیل یک بخار دارد که از طریق گاز از بین می‌رود و در صفحهٔ سرد سرد می‌شود. نوعی اشعه یونیزه‌ای مورد نیاز است.

متانول، ایزوپروپانول یا سایر بخارهای الکلی اتاق را اشباع می‌کند. الکل می‌افتد آن را به عنوان سرد و کندانسور سرد فراهم می‌کند شیب درجه حرارت. نتیجه یک محیط بیش از حد است. همان‌طور که ذرات باران پر انرژی از طریق گاز عبور می‌کنند مسیرهای یونیزاسیون را ترک می‌کنند. بخار الکلی در اطراف دنباله یون‌های گازدار که توسط ذرات یونیزه شده پشت سر گذاشته شده‌است. این به این دلیل رخ می‌دهد که مولکول‌های الکل و آب قطبی هستند و موجب جذب نیروی خالص به سمت اتهام رایگان در نزدیکی می‌شوند. نتیجه یک شکل خمیده مانند ابر است که توسط وجود قطرات به سمت کندانسور سقوط می‌کند. وقتی که آهنگ‌ها از یک منبع به صورت شعاعی خارج می‌شوند، نقطه شروع آن‌ها به راحتی می‌تواند تعیین شود.

درست بالای صفحهٔ خازن یخچال، حجم محفظه‌ای است که حساس به آهنگ‌های یونیزاسیون است. دنباله‌ای یونی که توسط ذرات رادیواکتیو ترک شده‌است، یک ماژول بهینه برای تراکم و ایجاد ابر را فراهم می‌کند. این حجم حساس با استفاده از یک گرادیان شیب دما و شرایط پایدار در ارتفاع افزایش می‌یابد. میدان الکتریکی قوی اغلب به منظور جلب ردیابی ابر به منطقه حساس محفظه و افزایش حساسیت محفظه استفاده می‌شود. میدان الکتریکی همچنین می‌تواند از جلوگیری از مقادیر زیادی از باران «پس زمینه» جلوگیری کند که از ناحیه حساس اتاق محسوب می‌شود، که از طریق تراکم تشکیل شده در بالای محفظه حساس محسوب می‌شود. یک پس زمینه سیاه و سفید باعث می‌شود که آهنگ‌های ابر را رعایت کنید. به‌طور معمول یک منبع نور مماسی مورد نیاز است. این قطرات سفید در برابر پس زمینه سیاه رنگ را روشن می‌کند. اغلب آهنگ‌ها آشکار نیستند، تا زمانی که یک مخزن کم عمق الکل در صفحه کندانسور شکل نگیرد.

محفظه ابر-نوع انتشار الکل (معمولا ایزوپروپانول) با یک بخاری در یک کانال در قسمت بالای اتاق تبخیر می‌شود. بخار خنک‌کننده به سمت صفحهٔ سرد یخ زده می‌رود، جایی که کنسانتره می‌شود. با توجه به گرادیان درجه حرارت یک لایه از بخار پرتوزار بالا در بالای صفحه تشکیل شده‌است. در این منطقه، ذرات تابشی منجر به تراکم و ایجاد آهنگ‌های ابر می‌شوند

اگر میدان مغناطیسی درون محفظه ابر اعمال شود، ذرات مثبت و منفی بارگذاری شده در جهت مخالف منحرف خواهند شد، طبق قانون نیروی لورنتس؛ با این حال، با تنظیمات سرگرمی‌های کوچک، زمینه‌های کافی قوی وجود دارد.

آشکارسازهای ذرات دیگر

اتاق حباب توسط دونالد گلاسر از ایالات متحده در سال ۱۹۵۲ اختراع شد و برای همین او جایزه نوبل فیزیک در سال ۱۹۶۰ را دریافت کرد. اتاق حباب به‌طور مشابه آهنگ‌های ذرات زیر اتمی را نشان می‌دهد، اما به عنوان مسیرهای حباب در یک مایع سوپر تبخیر، معمولاً مایع هیدروژن است. اتاق‌های حباب را می‌توان از نظر فیزیکی بزرگتر از اتاق‌های ابر ساخته شده و از آنجا که آن‌ها با مواد مایع بسیار متراکم پر شده‌اند، آن‌ها آهنگ‌های ذرات پر انرژی بیشتری را نشان می‌دهند. این عوامل باعث شد که اتاق‌های حباب چندین دهه پیش از آن، آشکارساز ذرات غالب را به وجود آورد، به‌طوری‌که در اوایل دهه ۱۹۶۰، اتاق‌های ابر به‌طور مؤثر در تحقیقات بنیادین جایگزین شدند.

محفظه جرقه یک دستگاه الکتریکی است که با استفاده از شبکه‌ای از سیم‌های غیر ایزوله شده در یک محفظه، با ولتاژ بالا بین سیم‌ها اعمال می‌شود. ذرات باردار نیرومند باعث می‌شود یونیزاسیون گاز در امتداد مسیر ذره در همان همان اندازه در محفظه ابر ویلسون باشد، اما در این مورد، میدان‌های الکتریکی محیط به اندازه کافی بالا می‌آیند تا گاز شکسته شدن کامل در شکل جرقه در موقعیت یونیزاسیون اولیه. حضور و جایگزینی این جرقه‌ها سپس الکتریکی ثبت می‌شود و اطلاعات برای تجزیه و تحلیل بعد ذخیره می‌شود، مانند یک کامپیوتر دیجیتال.

اثرات متراکم مشابهی را می‌توان به ابرهای ویلسون، که همچنین به عنوان ابرهای متراکم، در انفجار بزرگ در هوای مرطوب و دیگر اثرات تکانه Prandtl-Glauert نامیده می‌شود، مشاهده می‌شود.

منابع

Dasgupta, N. N. ; Ghosh S. K. (1946). «گزارش در اتاق ابر ویلسون و کاربرد آن در فیزیک». بررسی فیزیک مدرن. ۱8 (2): ۲۲۵–۳۶۵.

“کاری از انجمن فیزیک گروه علمی فرهنگی آدنیا”

برخی از نویسندگان به مدت چندین دهه سعی داشتند طیف امواج کوچک ِ تشکیل دهندۀ فضای خلأ را اندازه‌گیری کنند، اما تاکنون هیچ‌یک روش خوبی برای دستیابی به آن پیدا نکرده‌اند. اما بتازگی فیزیکدانان ِ موسسه فناوری فدرال زوریخ بطور ِ هوشمندانه از پالس‌های لیزری برای درک ماهیت کوانتومی خلأ استفاده کردند و به نقطه عطفی در اندازه‌گیری هیچ ِ مطلق دست یافتند.

vacuum measurements electromagneticfield

جهان ما اساسأ ناهموار است. همانند یک بوم نقاشی سفید، واقعیت دارای یک بافت است که فقط می‌توانیم آن را کشف کنیم. توضیحی که برای غیاب محض ماده و تابش داریم فقط یک میدان ِ احتمالی نامحدود است که ذرات از آن ظهور پیدا می‌کنند.

در واقع، یک میدان برای هر ذرۀ ابتدایی وجود دارد که منتظر انرژی کافی برای تعریف ویژگی‌های کلیدی وجود آن است. این ذرات همگی محدود به یک قانون عجیب هستند – وقتی بعضی از احتمالات افزایش می‌یابند، بقیه‌ی احتمالات کاهش پیدا می‌کنند. برای مثال، یک ذره می‌تواند در یک موقعیت دقیق باشد، اما ممکن است یک تکانۀ مبهم داشته باشد یا بالعکس.

این اصل عدم‌قطعیت فقط برای ذرات اعمال نمی‌شود بلکه برای خود ِ میدان خلأ نیز به کار می‌رود. همانطور که بوم ِ نقاشی یک نقاش هموار به نظر می‌رسد، در مدت ِ یک دورۀ زمانی طولانی، مقدار انرژی در یک فضای خالی تا صفر کاهش می‌یابد. اما همانطور که تمرکزمان را بیشتر کنیم، نگرانی کمتری نسبت به مقدار انرژی که یافت می‌کنیم پیدا می‌کنیم که طیفی از احتمالات به وجود می‌آید.

ما معمولأ این بافت را تصادفی در نظر می‌گیریم. اما همبستگی‌هایی وجود دارد که یک یا دو چیز دربارۀ ماهیت این ناهمواری به ما می‌گویند. فیزیکدان لیانا-کریستینا بنیچلموس از موسسه الکترونیک کوانتومی در زوریخ گفت: «نوسانات خلأ در میدان الکترومغناطیسی پیامدهای واضحی دارند و مسئول انتشار آنی نور توسط ِ اتم‌ها هستند.»

برای اندازه‌گیری بیشتر چیزها، باید یک نقطۀ آغازین ایجاد کنید. متأسفانه برای چیزی که در پایین‌ترین حالت انرژی‌اش قرار دارد، این کار شبیه اندازه‌گیری نیروی مشتِ یک دست غیرمتحرک است. بنیا-چلموس گفت: «ردیاب‌های سنتی نور مثل فوتودیودها بر اساس این اصل ساخته شده‌اند که ذرات نور – و در نتیجه انرژی – توسط ردیاب جذب می‌شوند. هر چند، از خلأ که پایین‌ترین حالت انرژی یک سیستم فیزیکی را نشان می‌دهد، نمی‌توان انرژی بیشتری استخراج کرد.»

پس محققان بجای اندازه‌گیری انتقال انرژی از یک میدان خالی، یک روش ِ جدید برای بررسی اثر تغییرات ظریف احتمال در پلاریزاسیون فوتون‌ها ابداع کردند. این تیم با مقایسۀ دو پالس لیزر با طول یک تریلیونم ثانیه که از طریق یک کریستال فوق سرد در زمان‌ و مکان‌ متفاوتی ارسال شده بود، توانستند بررسی کنند که فضای خالی بین اتم‌های کریستال چگونه بر نور تأثیر می گذارد.

فیزیکدان ژرومی فیست گفت: «هنوز سیگنال ِ اندازه‌گیری شده مطلقأ کوچک است و واقعأ باید قابلیت‌های آزمایشیِ اندازه‌گیری میدان‌های بسیار کوچک را مخلوط کنیم.» اگر بگوییم کوچک، در واقع اندازۀ آن را دست کم گرفته‌ایم. از آنجاییکه حرکت کوانتوم خیلی کوچک بود، به یک تریلیون مشاهده برای هر مقایسه نیاز داشتیم تا مطمئن شویم که اندازه‌گیری‌ها درست بوده‌اند. نتایج بسیار کوچک بودند و در نتیجه اندازه‌گیری‌ها طیف نهایی یک میدان الکترومغناطیسی را در حالت پایه‌اش تعیین کردند. درک فضای خالی (خلأ) به یک مسئله‌ی بزرگ در فیزیک کوانتومی محسوب می شود.

اخیرأ، یک تیم دیگر از فیزیکدانان سعی کردند محدودیت‌هایی را برای نویز یک خلأ در دمای اتاق تعیین کنند تا کاربردپذیری ردیاب موج گرانشی LIGO را بهبود ببخشند. ذرات واقعی – ارواح کوچک ذرات احتمالی که به ندرت بصورت ِ عدم‌قطعیت در یک میدان وجود دارند – کلید درک تبخیر آهستۀ یک سیاهچاله هستند، این رویداد به مرور ِ زمان توسط فرایندی بنام “تابش هاوکینگ” رخ می دهد. در آینده، به ترفندهای بیشتری نیاز داریم تا تار و پود ِ نقش جهان را بهتر درک نماییم. این تحقیق در مجله‌ Nature منتشر شده است.

منبع: sciencealert.com