وضع الباحثون نظرية آلية جديدة لتوليد "ضوء كمومي" عالي الطاقة ، والذي يمكن استخدامه لاستكشاف خصائص جديدة للمادة على المستوى الذري
2 فبراير 2023
مصدر:جامعة كامبريدج
Science News
د. سالم موسى القحطاني
_____________
وضع الباحثون نظرية آلية جديدة لتوليد "ضوء كمومي" عالي الطاقة ، والذي يمكن استخدامه لاستكشاف خصائص جديدة للمادة على المستوى الذري.
طور الباحثون ، من جامعة كامبريدج ، مع زملائهم من الولايات المتحدة وإسرائيل والنمسا ، نظرية تصف حالة جديدة من الضوء ، والتي لها خصائص كمومية يمكن التحكم فيها على نطاق واسع من الترددات ، تصل إلى ترددات الأشعة السينية. . تم نشر نتائجهم في مجلة Nature Physics.
يمكن وصف العالم الذي نلاحظه من حولنا وفقًا لقوانين الفيزياء الكلاسيكية ، ولكن بمجرد أن نلاحظ الأشياء على نطاق ذري ، فإن العالم الغريب لفيزياء الكم يتولى زمام الأمور. تخيل كرة سلة: تتصرف كرة السلة بالعين المجردة وفقًا لقوانين الفيزياء الكلاسيكية. لكن الذرات التي تتكون منها كرة السلة تتصرف وفقًا لفيزياء الكم بدلاً من ذلك.
قال المؤلف الرئيسي الدكتور أندريا بيززي ، الذي أجرى البحث أثناء وجوده في مختبر كافنديش في كامبريدج: "الضوء ليس استثناءً: من ضوء الشمس إلى موجات الراديو ، يمكن وصفه في الغالب باستخدام الفيزياء الكلاسيكية". "ولكن على المقياس الجزئي والنانو ما يسمى بالتقلبات الكمومية تبدأ في لعب دور مختلف والفيزياء الكلاسيكية لا تستطيع تفسيرها."
عمل بيتزي ، الذي يعمل حاليًا في جامعة هارفارد ، مع مجموعة إيدو كامينر في معهد التخنيون الإسرائيلي للتكنولوجيا وزملائه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعة فيينا لتطوير نظرية تتنبأ بطريقة جديدة للتحكم في الطبيعة الكمومية للضوء.
قال بيزي: "تجعل التقلبات الكمية دراسة الضوء الكمومي أكثر صعوبة ، ولكنها أيضًا أكثر إثارة للاهتمام: إذا تم تصميمها بشكل صحيح ، يمكن للتقلبات الكمومية أن تكون موردًا". "التحكم في حالة الضوء الكمومي يمكن أن يتيح تقنيات جديدة في المجهر والحساب الكمومي."
يستخدم الليزر القوي إحدى التقنيات الرئيسية لتوليد الضوء. عندما يتم توجيه ليزر قوي بدرجة كافية إلى مجموعة من البواعث ، فإنه يمكن أن يمزق بعض الإلكترونات بعيدًا عن بواعثها وتنشيطها. في النهاية ، تتحد بعض هذه الإلكترونات مع البواعث التي تم استخلاصها منها ، ويتم إطلاق الطاقة الزائدة التي تمتصها كضوء. تحول هذه العملية ضوء الإدخال منخفض التردد إلى إشعاع خارجي عالي التردد.
قال بيتزي: "كان الافتراض أن كل هذه البواعث مستقلة عن بعضها البعض ، مما ينتج عنه ضوء ناتج تكون فيه التقلبات الكمومية عديمة الملامح". "أردنا دراسة نظام لا تكون فيه البواعث مستقلة ، ولكنها مرتبطة ببعضها البعض: تخبرك حالة أحد الجسيمات بشيء عن حالة الآخر. في هذه الحالة ، يبدأ الضوء الناتج في التصرف بشكل مختلف تمامًا ، وتصبح تقلباته الكمومية شديدة التنظيم ، وربما أكثر فائدة ".
لحل هذا النوع من المشاكل ، المعروفة باسم مشكلة الجسم المتعددة ، استخدم الباحثون مزيجًا من التحليل النظري والمحاكاة الحاسوبية ، حيث يمكن وصف الضوء الناتج من مجموعة من البواعث المترابطة باستخدام فيزياء الكم.
النظرية ، التي قاد تطويرها بيزي وأليكسي غورلاخ من التخنيون ، توضح أن الضوء الكمي الذي يمكن التحكم فيه يمكن أن يتولد عن طريق بواعث مرتبطة باستخدام ليزر قوي. تولد هذه الطريقة ضوءًا ناتجًا عالي الطاقة ، ويمكن استخدامه لهندسة البنية الكمومية الضوئية للأشعة السينية.
"لقد عملنا لأشهر لجعل المعادلات اكثر نظافة ونظارة، حتى وصلنا إلى النقطة التي يمكننا فيها وصف العلاقة بين الضوء الناتج والارتباطات المدخلة بمعادلة مضغوطة واحدة فقط. بصفتي فيزيائيًا ، أجد هذا جميلًا ،" قال بيتزي. "بالنظر إلى المستقبل ، نود التعاون مع التجريبيين لتقديم التحقق من صحة توقعاتنا. ومن ناحية نظرية الأشياء، يقترح عملنا أنظمة متعددة الأجسام كمصدر لتوليد الضوء الكمي ، وهو مفهوم نريد التحقيق فيه على نطاق أوسع ، بما يتجاوز الإعداد الذي تم النظر فيه في هذا العمل ".
https://www.sciencedaily.com/releases/2023/02/230202112643.htm
