آخرین اخبار
یافتن راه جدیدی برای ساخت ذرات هیبریدی که هم ویژگی‌های نور و هم ویژگی‌های ماده را دارند!

یافتن راه جدیدی برای ساخت ذرات هیبریدی که هم ویژگی‌های نور و هم ویژگی‌های ماده را دارند!

مفهوم شبه‌ ذره، ترفند هوشمندانه‌ای است که فیزیکدانان برای توصیف رفتارهای برامده در سیستم‌های بس‌ذره‌ای پیچیده از آن استفاده می‌کنند. تاکنون باغ وحشی از شبه ذرات جالب و عجیب شناسایی شده است، از اکسایتون و مگنون گرفته تا فونون و پلارون و پلاریتون. در این میان پلاریتون، شبه‌ذره‌ای است که ترکیبی از نور و شبه ذرات دیگر بوده و به عبارتی هیبریدی است.

فوتون‌ها یا همان ذرات بنیادی نور، ویژگی‌های بسیار جالبی دارند، مثلا تمایل ندارند با یکدیگر برخورد کنند، اما این امر فیزیکدانان را از تلاش بازنداشته است. اکنون فیزیکدانان دانشگاه شیکاگو به روش بسیار منعطفی دست یافته‌اند که باعث می‌شود فوتون‌ها بیشتر مانند ذراتی که ماده را می‌سازند، رفتار کنند. اگرچه این روش، شمشیر نوری (lightsaber) یا همان شمشیر لیزری و تخیلی فیلم جنگ ستارگان را به ما نمی‌دهد، اما همین وادار کردن فوتون‌ها برای برخورد به یکدیگر، می‌تواند منجر به فناوری‌های خارق‌العاده‌ای شود.

ترفند لازم برای آشتی دادن ذرات نور (که جرمی ندارند) با یکدیگر این است که آن‌ها را در قفس یک اتم، وادار به برخورد کرده و ویژگی‌های آن‌ها را با ویژگی‌های یک الکترون ادغام کنیم. چند سال است که محققان، این برهمکنش‌ها را در آزمایشگاه مطالعه می‌کنند. مشارکت الکترون-فوتون، نوع جدیدی از یک شبه‌ذره‌ی هیبریدی را می‌سازد که پلاریتون (polariton) نامیده می‌شوند.

داشتن کیفیات نورمانند، به پلاریتون‌ها اجازه می‌دهد تا به سرعت از طریق فضا حرکت کنند. این در حالی است که اتاق ملاقات اتمی آن‌هاست که تعیین می‌کند چگونه برهمکنش ‌کنند. ذرات فوتون‌مانند با داشتن جرم کم، پتانسیل قابل توجهی در محاسبات و ارتباطات رمزنگاری شده دارند، بنابراین فیزیکدانان مشتاق‌اند تا هرچه بهتر کنترل آن‌ها را در دست بگیرند. لوگان کلارک (Logan Clark)، فیزیکدان دانشگاه شیکاگو می‌گوید:
ما دچار یک مشکل شدیم، زیرا فوتون‌ها فقط با اتم‌هایی برهمکنش می‌کنند که اوربیتال‌های الکترونی آن‌ها در انرژی‌های بسیار خاصی هستند.
محدود بودن به استفاده از الکترون‌ها فقط در یک سری انرژی‌ خاص، به اندازه‌ی یک صفحه کلید حروف صدادار مفید است. چنین محدودیتی به داشتن برهمکنش‌های بیشتر و در نتیجه محدوده‌ی وسیعی از کاربردها کمک می‌کند. کلارک قبلا راه‌های دستکاری پیچیدگی‌های سطوح انرژی اتمی را بررسی کرده بود. این دستکاری با وارد کردن نوعی تکان مناسب و با استفاده از یک ویژگی‌ عجیب کوانتومی که اوربیتال‌های الکترون‌ها را به چند کپی می‌شکافد، انجام می‌شود. او می‌گوید:
ما همیشه به این کپی‌ها به عنوان یک اثر جانبی، به جای یک هدف نگاه کرده بودیم، اما این بار، الکترون‌ها را با قصد ساختن این کپی‌ها تکان دادیم.
برای آنکه یک ذره را وادار کنیم تا به شیوه‌ی کوانتومی مناسب تکان بخورد، به مهندسی فلوکت (Floquet engineering) نیاز است. کلارک و گروهش، از یک لیزر برای انداختن الکترون‌ها در یک اتم روبیدیوم برانگیخته استفاده کردند که آن‌ها را به شیوه‌ای که عملا طیف رنگ اتم را تغییر ‌داد، تکان می‌داد. اتم‌ها معمولا دوست ندارند نوارهای طیفی خود را تغییر دهند. مثلا هیدروژن، فارغ از اینکه در کجای جهان قرار دارد، همیشه طیف نوری یکسانی را تابش می‌کند. این ویژگی به ما کمک می‌کند تا عناصر را حتی در دورترین نقاط فضا تشخیص دهیم.

فیزیکدانان با کشیدن درست اوربیتال‌های الکترون‌های روبیدیوم توانستند آ‌ن‌ها را تغییر دهند. آ‌ن‌ها سپس با تنظیم لیزر، تکانی به الکترون‌ها دادند که تعدادی تراز انرژی جدید از هر اوربیتال تولید کرد. ترکیب فوتون‌ها با اوربیتال‌های الکترون تکثیر‌شده باعث تغییر در شبه‌ذره‌ای شد که محققان آن را یک پلاریتون فلوکت نامیدند. این ذرات هیبریدی مانند بسیاری از گونه‌های رایج‌تر، ویژگی‌های نور را دارا هستند. آن‌ها همچنین دارای جرم اندکی هستند که حاصل برهمکنش با الکترون است. کلارک می‌گوید:
پلاریتون‌ های فلوکت، سرشار از شگفتی هستند، ما هنوز باید آن‌ها را بهتر درک کنیم. با این وجود، کار بعدی ما استفاده از این فوتون‌های برخوردکننده برای ساخت سیال‌های توپولوژیکی نور خواهد بود. اکنون، زمان فوق‌العاده هیجان‌انگیزی است.
استفاده از مهندسی فلوکت برای انطباق رنگین‌کمان نور منابع متنوع، قطعا به پیشرفت فناوری‌ های کوانتومی کمک کرده و از طرفی، راه‌های جدیدی برای مطالعه‌ی برهمکنش‌ نور و ماده باز خواهد کرد.
مشاهده مقاله اصلی در مجله
منبع: sciencealert    
كلمات كليدي :
ذرات هیبریدی , پلاریتون , شبه ذرات
 
امتیاز دهی