در هم تنیدگی ۳۰۰۰ اتم با یک فوتون

فیزیکدانان دانشگاه MIT و دانشگاه بلگراد (University of Belgrade) تکنیکی جدید را جهت در هم تنیدن ۳۰۰۰ اتم به وسیله تنها یک فوتون ابداع کرده اند.

این تصویر هنری در هم تنیدگی تعداد زیادی از اتم ها را با بصورت متقابل نشان می دهد.

به گزارش بیگ بنگ، نتایج انتشار یافته، نشان دهنده ی بیشترین تعداد ذراتی است که طی یک آزمایش در هم تنیده شدند. این تکنیک با ایجاد همبستگی بی سابقه ای، روشی جدید را جهت ساخت ساعتهای اتمی دقیقتر ارائه می کند. در هم تنیدگی کوانتومی (Quantum entanglement) که تأثیر همزمان تغییرات بر دو ذره – در مقیاس نانو – بدون توجه به فاصله آنهاست، ورای قوانین مکانیک کلاسیک عمل می کند.
دانشمندان در تلاش برای یافتن روشهایی جهت در هم تنیدن تعداد بالای اتمها به منظور ساخت کامپیوترهای قدرتمند کوانتومی و ساعتهای اتمی بسیار دقیق هستند، در حالیکه بهترین ساعتهای اتمی موجود بر اساس نوسانات طبیعی در ابر یک اتم گیر افتاده عمل می کنند؛ ساعتهایی که اگر از بیگ بنگ تا بحال کار کنند، زیر یک دقیقه خطا دارند. دقت ساعتهای اتمی موجود، متناسب با مجذور تعداد اتمهاست. اما در صورت در هم تنیدن اتمها می توان تناسبی یک به یک میان تعداد اتمها و دقت ساعت برقرار نمود، که این دستاوردی عالی است.

طرحی که برای در هم تنیدگی ۳۰۰۰ اتم با یک فوتون استفاده شد.

تا پیش از این تمامی تلاشها جهت در هم تنیدن اتمها بدانجا رسیده بود که تنها یک تیم موفق به در هم تنیدن ۱۰۰ اتم شده بود. حال با بکارگیری لیزر بسیار ضعیف این میزان تا ۳۰۰۰ عدد افزایش یافته است. با کاهش قدرت لیزر، در هم تنیدگی بهتری حاصل می شود، زیرا ابر اتمی، آشفتگی کمتری داشته و بی نقصی کوانتومی سیستم بالا می رود. این تیم با سرد کردن ابر اتمها، آنها را در یک تله لیزری گیر انداخته و باریکه ضعیف لیزر را به درون ابر هدایت نمودند. آنگاه بوسیله یک آشکارساز دنبال فوتونی خاص در باریکه می گردند. اگر فوتونی بدون برهمکنش از میان ابر اتمی عبور کند، قطبش، یا جهت نوسان آن ثابت می ماند.
فوتون های برهمکنش داشته با اتمها اما، تغییر قطبش کوچکی خواهند داشت، که حاصل تأثیر ‘نوفه کوانتومی’ (Quantum noise) – اختلاف تعداد اتمهای ساعتگرد و پادساعتگرد – است. گهگاه فوتونی خروجی با میدان الکتریکی عمود بر میدان الکتریکی فوتونهای ورودی مشاهده می شود. این همان جایی است که می توان حالت در هم تنیده بسیار قدرتمندی را ایجاد نمود. نتایج این پژوهش در Nature منتشر شده است.

ترجمه: حامد احدی / سایت علمی بیگ بنگ

انجمن فیزیک هوپا

آیا ممکن است کل کیهان، یک سیاهچالۀ پنج بُعدی باشد؟

 احتمالاً می دانید چنانچه در یک سیاهچاله سقوط کنید چه بلایی سرتان خواهد آمد. چنین سقوطی قطعاً برای شما دلپذیر نخواهد بود چرا که پیش از محو شدن در سیاهچاله اجزای بدنتان ریز ریز خواهد شد. اما اگر بخواهید در درون یک سیاهچاله زندگی کنید هنوز یک راه حل برای شما باقی است: سیاهچاله ای را پیدا کنید که پنج بعدی باشد.

به گزارش بیگ بنگ، برخی محققان معتقدند که امکان استمرار حیات در یک سیاهچاله پنج بُعدی، بسیار بیشتر از یک سیاه چاله چهار بعدی معمولی است. در سیاهچاله های چهار بعدی، تغییرات نیروهای کشندی در فاصله های بسیار کم آنقدر شدید است که اجزای بدنتان را پاره پاره خواهد کرد. اما در سیاهچاله های پنج بُعدی، اندازه نیروهای کشندی، قابل صرف نظر کردن است و بنابراین بدون نگرانی جدی از ریز ریز شدن می توانید به کاوش در سیاهچاله بپردازید. از آن جالب تر آنکه تحقیقات حاکی از آن است که ممکن است همگی ما هم اکنون نیز در حال انجام چنین کاری باشیم! در واقع، تجزیه و تحلیل های ریاضی نشان می دهد که کل جهان ما ممکن است یک سیاهچاله پنج بُعدی باشد.

وجود بعد پنجم، تخیل صرف نیست. در واقع، از زمانی که دو فیزیکدان به نام های “تئودور کالوزا” و “اسکار کلین” در دهه ،۱۹۲۰ امکان وحدت یافتن دو نظریه نسبیت و الکترومغناطیس را در سایه افزودن بعد پنجم به ساختار فضا- زمان مطرح کرده بودند، جست وجو برای آن آغاز شده بود. حتی خود اینشتین هم از چنین ایده ای استقبال کرده بود. اکنون باید گفت که فیزیکدان ها دلایل متعددی مبنی بر صحت وجود بُعد پنجم در دست دارند. نسخه پنج بعدی نسبیت حتی از تمامی آزمون های تجربی نیز (که صحت نسخه چهار بعدی آن را نشان داده بودند) با موفقیت بیرون آمده است. در اینجا به عنوان مثال می توان به پیش بینی های نسبیت چهار بعدی در برخی آزمون های نجومی نظیر اندازه گیری های مربوط به عدسی های گرانشی اشاره کرد.

در سال ۱۹۹۵ فیزیکدانی به نام “دیمیتری کالیگاس” و همکارانش از دانشگاه استنفورد کالیفرنیا نشان دادند که نسخه جدید پنج بعدی نسبیت نیز با چنین مشاهداتی کاملاً سازگار است. البته چنین دستاوردی برای نظریه پردازانی که می دانستند نسخه قدیمی تر چهار بعدی نسبیت، به خوبی در درون نسخه جدید پنج بعدی آن می گنجد چندان مایه شگفتی نبود چراکه براساس نظریه جدید، هیچ دلیلی وجود ندارد که یک جهان پنج بعدی، ظاهراً متفاوت از یک جهان چهار بعدی به نظر برسد. در واقع باید گفت که به دلایلی، وجود یک جهان پنج بعدی حتی طبیعی تر از یک جهان چهار بعدی است. یکی از این دلایل، مربوط به چگونگی پیدایش جهان ماست.

دانشمندان مدتی است به دنبال گزینه های دیگری فراتر از مدل استاندارد بیگ بنگ برای تبیین نحوه پیدایش جهان ما هستند. در مدل استاندارد بیگ بنگ، با بازگشت به زمان صفر، به یک تکینگی می رسیم که در آن، تمامی قوانین فیزیک در هم می پاشد و بنابراین مدل یاد شده، عملاً چیزی را در مورد نحوه پیدایش جهان ارائه نمی دهد. اما راه حل هایی برای این معضل وجود دارد. به عنوان مثال براساس برخی از پاسخ های معادلات نسبیت عام، بیگ بنگ، در واقع حاصل از انقباض جهان بوده که پیش از آنکه به نقطه تکینگی رسیده باشد، به ناگهان به بیرون جهش کرده و شروع به انبساط کرده است. اکنون می دانیم که چنین ایده ای در پنج بُعد، بهتر از چهار بعد جواب می دهد. در اینجا موضوع اصلی در ارتباط با تبیین علت وجود ماده در جهان ماست. در مدل های کیهان شناسی چهار بعدی، وجود ماده در جهان را تنها باید به عنوان یک پیش فرض پذیرفت.

در واقع، مدل های چهار بعدی نمی توانند توضیح دهند که جهان چگونه و در چه زمانی مملو از ماده شد. اما در مدل پنج بعدی چنین مسئله ای قابل تبیین است. براساس مدل پنج بعدی چنین به نظر می رسد که مسئله پیدایش ذرات بنیادی در کیهان، با جهش ناگهانی آن از حالت انقباض به انبساط قابل تبیین باشد. در واقع در این مدل، جهش کیهان همانند یک تغییر فاز عمل کرده است و ذرات ماده بر اثر انرژی حاصل از این جهش به وجود آمده اند. اما پنج بُعدی بودن کیهان، چه ربطی به سیاهچاله های پنج بعدی دارد؟

در واقع این ارتباط توسط فیزیکدان ها کشف شده است. فیزیکدانی به نام پائول وسون به همراه یک دانشجوی دکترا با نام سانجیو سیرا مشغول بررسی هندسه سیاهچاله ها بودند، آنها می خواستند رفتار سیاهچاله ها را در فضا- زمان پنج بعدی مورد بررسی قرار دهند. این بررسی، کار دشواری بود چرا که سیاهچاله های پنج بعدی، بسیار پیچیده تر از سیاهچاله های چهار بعدی معمولی هستند. اما نتیجه حاصل کاملاً شگفت انگیز بود: از دیدگاه ریاضی، یک جهان پنج بُعدی می تواند یک سیاهچاله پنج بُعدی باشد. نکته جالب آن است که تا پیش از این، دانشمندان تقریباً مطمئن بودند که در جهان ما سیاهچاله های چهار بعدی وجود دارند (یکی از آنها احتمالاً در مرکز کهکشان ما واقع است).

از طرفی در سال ۱۹۷۲ نشان داده شده بود که شباهت هایی میان جهان ما و سیاهچاله چهار بُعدی وجود دارد. فیزیکدان ها دریافته اند که با ورود به بُعد پنجم، این شباهت کامل خواهد شد. تصور این که جهان ما یک سیاهچاله پنج بُعدی باشد واقعاً شگفت انگیز است. اما بررسی های انجام شده روی نیروی گرانش و برهم کنش ذرات بنیادی مستمراً فیزیکدان ها را به سوی مدل هایی با بیش از چهار بُعد معمول سوق داده است. بنابراین ممکن است جهان های بی شماری وجود داشته باشند که هر یک در دل دیگری واقع شده و هر یک دارای ابعاد بالاتری نسبت به قبلی باشد. انسان هنوز نمی داند در کاوش و جست وجو در این ابعاد، با چه حقایق ناشناخته و شگفت انگیزی روبه رو خواهدشد. اما آنچه مسلم است این است که همین مدل ساده پنج بعدی هم ما را با دیدگاهی جدید نسبت به کیهان مواجه ساخته است. بار دیگر که زیر آسمان شب به ستاره ها خیره شدید، اندکی مکث کرده و به این واقعیت غریب بیندیشید که ممکن است ما واقعاً در یک سیاهچاله پنج بُعدی زندگی کنیم.

نویسنده و ترجمه: شهاب شعری مقدم

سایت علمی بیگ بنگ

کهکشان‌های غول پیکر از درون خاموش می شوند!

ستاره شناسان با استفاده از تلسکوپ بسیار بزرگ (VLT) آژانس فضایی اروپا و تلسکوپ فضایی هابل، موفق شدند چگونگی خاموش‌ شدن شکل‌گیری ستارگان در کهکشان‌های دوردست را در بازه زمانی سه میلیارد سال پس از بیگ بنگ آشکارسازی ‌کنند.

تصویری از کهکشان بیضوی شکل و غول پیکر NGC 7049

به گزارش بیگ بنگ به نقل از ایسنا، تیم تحقیقاتی بر روی کهکشان‌های بیضوی عظیم و خاموشی موسوم به «کروی‌ها» متمرکز شد و انتظار می‌رود یافته‌های بدست‌ آمده، درک دانشمندان از تکامل کیهان را افزایش دهد. تیم علمی بر روی ۲۲ کهکشان دوردست با جرم ۱۰ برابر کهکشان راه‌شیری متمرکز بود؛ تراکم ستارگان موجود در نواحی مرکزی این کهکشان‌ها، ۱۰ برابر تراکم ستارگان مشاهده‌ شده در کهکشان راه شیری است.

منجمان اغلب به دلیل فقدان ستارگان جوان و شفاف و همچنین فراوانی ستارگان قرمز رنگ باستانی در این کهکشان‌ها، به آنها لقب «سرخ و مرده» می‌دهند. تمامی کهکشان‌های کروی مشاهده‌ شده در این تحقیق، متعلق به سه میلیارد سال پس از بیگ بنگ هستند و سن تخمینی ستارگان قرمز آنها نشان می‌دهد، این کهکشان‌ها ۱۰ میلیارد سال پیش، تولید ستارگان جدید را متوقف کردند.

این گرافیک روند خاموشی ستارگان را در قلب کهکشان های بیضوی شکل، نشان می دهد.

خاموشی مشاهده‌ شده شکل‌گیری ستاره‌ای در این کهکشان‌ها زمانی رخ داد که بسیاری از کهکشان‌های دیگر با سرعتی ۲۰ برابر سرعت کنونی، ستارگان را به دنیا می‌آوردند. به گفته «ساندرو تاچلا» رهبر ارشد این مطالعه، این کهکشان‌های کروی مرده و عظیم، حاوی نیمی از تمامی ستارگانی هستند که جهان در طول تمامی عمرش تولید کرده است.

مشاهدات نشان می‌دهد، شکل‌گیری ستاره‌ای در کهکشان‌های کروی از درون خاموش می‌شود و اکثر کهکشان‌های مشاهده‌ شده مدت‌ طولانی پس از متوقف‌ شدن تولید ستارگان در نواحی مرکزی‌ شان، به تولید ستارگان به سمت لبه‌هایشان ادامه داده‌اند. یکی از نظریات موجود بر این مبناست مواد لازم برای شکل‌گیری ستارگان جدید از طریق انرژی آزاد شده توسط سیاهچاله‌های فوق‌عظیم موجود در قلب این کهکشان‌ها، به سمت لبه‌ های آنها پخش شدند. جزئیات بیشتر این پژوهش در مجله science منتشر شده است.

سایت علمی بیگ بنگ

انجمن فیزیک هوپا

معرفی کتاب‌: افسانۀ اینشتین

این کتاب به تغییر جهان‌بینی ما که در نتیجه‌ی کوشش‌های آلبرت اینشتین به دست آمده است، اختصاص دارد. در این کتاب، برگزیده‌ای از مقالات و چکیده‌ی مقالاتی جمع‌آوری شده است که بیش از صد نویسنده، مفهوم این تغییر، همراه با تاریخ این تغییرات و پی‌آمدهای حاصل از آن را بر عصر حاضر بررسی کرده‌اند.

مهندس ارشد جهان – صد نویسنده در دفاع از اینشتین

 نام اصلی:

Albert Einstein – Chief Engineer Of The Universe

One Handered Authors For Einstein

ویراستار و گردآورنده : یورگن رن (Renn, Jurgen)
ترجمه: غلامحسین سدیر عابدی
انتشارات: تران
موضوع: فیزیک‌دانان – سرگذشت‌نامه – نسبیت – اینشتین
چاپ اول، ۱۳۹۳
تعداد صفحه:۴۵۶ ص – مصور
قیمت: ۲۰۰۰۰ تومان (به همراه سی‌دی)

سنجش ذرات در کیهان اولیه

طبق پیش‌بینی مدل‌های خاصی، انرژی تاریک که انبساط کیهان را سرعت می‌بخشد، میدانی است که در طول زمان‌های کیهانی تغییر می‌کند. این می‌تواند بدان معنی باشد که برخی کمیت‌های بنیادی خاص که جرم‌ها و نیروها را به هم مرتبط می‌کنند در زمان‌های بسیار قدیم متفاوت بوده‌اند. اما تحلیل جدیدی از طیف رسیده از میدان‌های کوازاریِ خیلی دور هیچ مدرکی مبنی بر متفاوت بودن خط‌های مولکولی تولید شده در 12 میلیارد سال پیش نیافته‌اند و بنابراین نشانه‌ای از تغییر در نسبت جرم پروتون-الکترون وجود ندارد.

یک توضیح ممکن برای انرژی تاریک این است که مشابه با میدان هیگز، از میدان اسکالری که تمام فضا را پر کرده ناشی می‌شود. چنین میدانی احتمالاً با ذرات دیگر برهمکنش می‌کند و این برهمکنش‌ها می‌تواند روی مقادیر بنیادی اثر گذاشته و باعث ‌شود که آن‌ها هم همراه با تغییر میدان اسکالر در طول زمان تغییر کنند. برای بررسی این تحول، دانشمندان اغلب اجرام نجومی دور را در نظر می‌گیرند که نور آن‌ها میلیاردها سال پیش ساطع شده است.

در مورد نسبت جرم پروتون-الکترون، منجمان به دنبال انتقال‌های غیرمنتظره در طول موج‌هایی از نور هستند که مولکول‌ها جذب می‌کنند. اغلب مولکول‌ها را می‌توان فقط در اجرام نسبتاً نزدیک مشاهده کرد اما مولکول هیدورژن (H2) به حد کافی زیاد هست که در فواصل بزرگ هم دیده ‌شود. ویم یوباچس Wim Ubachs از دانشگاه VU در آمستردام هلند و همکارانش طیف یک کوازار بسیار دور (J1443+2724) را مورد بررسی قرار داده و خطوط جذب H2 از کهکشانی در مقابل کوازار را تشخیص دادند. این علامت جذب وقتی روی طیف گذاشته شده که کیهان فقط 5/1 میلیارد سال داشته است. خطوط نشان می‌دهند که در مقایسه با مقادیر اندازه‌گیری شده روی زمین، هیچ انتقالی (بیشتر از انتقال به سرخ معمولی) وجود ندارد و این به پژوهشگران اجازه داد تا روی تغییرات نسبت جرم پروتون-الکترون حد بالایی از مرتبه چند بخش در میلیون بگذارند. نتایج مذکور حاکی از آن است که میدان اسکالر انرژی تاریک- اگر وجود داشته باشد- در طول 90% از عمر کیهان مقدار بسیار کمی تغییر کرده است.

این تحقیق در Physical Review Letters به چاپ رسیده است.

انجمن فیزیک هوپا

خصوصی

برای نمایش مطلب باید رمز عبور را وارد کنید