أول ملاحظة لظاهرة إشعاع شيرينكوف في الفضاء ثنائي الأبعاد

معا للقضاء على التشيع

يأخذ التفاعل ثنائي الأبعاد الباحثين على حين غرة

ينتشر إلكترون حر واحد فوق البنية ذات الطبقات الخاصة التي صممها الباحثون ، على بعد بضع عشرات من النانومترات فوقها ، وأثناء حركتها ، يُصدر الإلكترون حزمًا منفصلة من الإشعاع تسمى “الفوتونات”. بين الإلكترون والفوتونات التي ينبعث منها ، يتم تكوين ارتباط “التشابك الكمي”. الائتمان: استوديو إيلا مارو

قدم باحثون من كلية أندرو وإيرنا فيتيربي للهندسة الكهربائية وهندسة الحاسبات في التخنيون – معهد إسرائيل للتكنولوجيا أول ملاحظة تجريبية لإشعاع تشيرنكوف محصور في بعدين. تمثل النتائج رقمًا قياسيًا جديدًا في قوة اقتران الإشعاع الإلكتروني ، مما يكشف عن الخصائص الكمومية للإشعاع.

إشعاع Cherenkov هو ظاهرة فيزيائية فريدة من نوعها ، والتي استخدمت لسنوات عديدة في التصوير الطبي وتطبيقات الكشف عن الجسيمات ، وكذلك في مسرعات الإلكترونات التي تعمل بالليزر. يربط الاختراق الذي حققه باحثو التخنيون هذه الظاهرة بتطبيقات الحوسبة الكمومية الضوئية المستقبلية ومصادر الضوء الكمومي للإلكترون الحر.

الدراسة التي تم نشرها في مراجعة البدنية X، برئاسة د. الطلاب يوفال أديف وشاي تسيس من التخنيون ، مع هاو هو من جامعة نانيانغ التكنولوجية في سنغافورة (اليوم أستاذ في جامعة نانجينغ في الصين). أشرف عليها البروفيسور إيدو كامينر والبروفيسور غاي بارتال من التخنيون ، بالتعاون مع زملاء من الصين: البروفيسور هونغ شنغ تشن ، والبروفيسور شياو لين من جامعة تشجيانغ.

يشكل تفاعل الإلكترونات الحرة مع الضوء أساس العديد من ظواهر الإشعاع المعروفة وقد أدى إلى العديد من التطبيقات في العلوم والصناعة. أحد أهم تأثيرات التفاعل هذه هو إشعاع Cherenkov – الإشعاع الكهرومغناطيسي المنبعث عندما ينتقل جسيم مشحون ، مثل الإلكترون ، عبر وسط بسرعة أكبر من سرعة طور الضوء في ذلك الوسط المحدد. إنه المكافئ البصري للدفع الأسرع من الصوت ، والذي يحدث ، على سبيل المثال ، عندما تتحرك طائرة أسرع من سرعة الصوت. وبالتالي ، يطلق على إشعاع شيرينكوف أحيانًا اسم “موجة الصدمة البصرية”. تم اكتشاف هذه الظاهرة عام 1934. وفي عام 1958 حصل العلماء الذين اكتشفوها على جائزة نوبل في الفيزياء.

منذ ذلك الحين ، خلال أكثر من 80 عامًا من البحث ، أدى التحقيق في إشعاع Cherenkov إلى تطوير مجموعة كبيرة من التطبيقات ، معظمها لأجهزة الكشف عن الجسيمات والتصوير الطبي. ومع ذلك ، على الرغم من الانشغال الشديد بالظاهرة ، فإن الجزء الأكبر من البحث النظري وجميع العروض التجريبية تتعلق بإشعاع Cherenkov في الفضاء ثلاثي الأبعاد واستندت في وصفه إلى الكهرومغناطيسية الكلاسيكية.

الآن ، قدم باحثو التخنيون أول ملاحظة تجريبية لإشعاع شيرينكوف ثنائي الأبعاد ، موضحين أنه في الفضاء ثنائي الأبعاد ، يتصرف الإشعاع بطريقة مختلفة تمامًا – ولأول مرة ، يعد الوصف الكمي للضوء ضروريًا لشرح نتائج التجربة.

صمم الباحثون بنية خاصة متعددة الطبقات تتيح التفاعل بين الإلكترونات الحرة وموجات الضوء التي تنتقل على طول السطح. سمحت الهندسة الذكية للهيكل بإجراء قياس أول لإشعاع شيرينكوف ثنائي الأبعاد. سمحت الأبعاد المنخفضة للتأثير بإلقاء نظرة على الطبيعة الكمية لعملية انبعاث الإشعاع من الإلكترونات الحرة: عدد الفوتونات (الجسيمات الكمومية للضوء) المنبعثة من إلكترون واحد ودليل غير مباشر على تشابك الإلكترونات مع موجات الضوء التي ينبعثونها.

في هذا السياق ، يعني “التشابك” الارتباط بين خصائص الإلكترون وخصائص الضوء المنبعث ، بحيث يوفر قياس أحدهما معلومات عن الآخر. الجدير بالذكر أن جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2022 مُنحت لأداء سلسلة من التجارب التي توضح آثار التشابك الكمي (في أنظمة مختلفة عن تلك الموضحة في البحث الحالي).

يقول يوفال أديف: “نتيجة الدراسة التي فاجأتنا أكثرها تتعلق بكفاءة انبعاث إشعاع الإلكترون في التجربة: في حين أن التجارب الأكثر تقدمًا التي سبقت التجربة الحالية حققت نظامًا فيه إلكترون واحد تقريبًا من أصل مائة انبعاث الإشعاع ، هنا ، نجحنا في تحقيق نظام تفاعل يصدر فيه كل إلكترون إشعاعًا. وبعبارة أخرى ، تمكنا من إظهار تحسن بأكثر من درجتين من حيث الحجم في كفاءة التفاعل (تسمى أيضًا قوة الاقتران). تساعد هذه النتيجة النهوض بالتطورات الحديثة لمصادر الإشعاع الفعالة التي تحركها الإلكترونات “.

يقول البروفيسور كامينر ، “الإشعاع المنبعث من الإلكترونات هو ظاهرة قديمة تم البحث عنها لأكثر من 100 عام وتم استيعابها في التكنولوجيا منذ وقت طويل ، على سبيل المثال فرن الميكروويف المنزلي. لسنوات عديدة ، بدا أننا قد فعلنا ذلك بالفعل اكتشف كل ما يمكن معرفته عن الإشعاع الإلكتروني ، وبالتالي ، أصبحت فكرة أن هذا النوع من الإشعاع قد تم وصفه بالكامل من قبل الفيزياء الكلاسيكية راسخة. في تناقض صارخ مع هذا المفهوم ، يسمح الجهاز التجريبي الذي أنشأناه بالطبيعة الكمومية للإشعاع الإلكتروني ليتم الكشف عنها.

“التجربة الجديدة التي تم نشرها الآن تستكشف الطبيعة الكمومية الضوئية لإشعاع الإلكترون. والتجربة جزء من نقلة نوعية في الطريقة التي نفهم بها هذا الإشعاع ، وعلى نطاق أوسع ، العلاقة بين الإلكترونات والإشعاع الذي تصدره. على سبيل المثال ، نحن نفهم الآن أن الإلكترونات الحرة يمكن أن تتشابك مع الفوتونات التي تصدرها. ومن المدهش والمثير رؤية علامات هذه الظاهرة في التجربة. ”

يقول شاي تسيس: “في تجربة يوفال أديف الجديدة أجبرنا الإلكترونات على السفر بالقرب من سطح بلازموني فوتوني خططت له بناءً على تقنية تم تطويرها في مختبر البروفيسور جاي بارتال. تم ضبط سرعة الإلكترون بدقة للحصول على قوة اقتران كبيرة ، أكبر من تلك التي تم الحصول عليها في المواقف العادية ، حيث يكون الاقتران بالإشعاع ثلاثي الأبعاد. في قلب العملية ، نلاحظ الطبيعة الكمومية العفوية لانبعاثات الإشعاع ، التي يتم الحصول عليها في حزم منفصلة من الطاقة تسمى الفوتونات. في هذا بطريقة جديدة ، تلقي التجربة ضوءًا جديدًا على الطبيعة الكمومية للفوتونات “.

معلومات اكثر:
يوفال أديف وآخرون ، رصد إشعاع شيرينكوف ثنائي الأبعاد ، مراجعة البدنية X (2023). DOI: 10.1103 / PhysRevX.13.011002

مقدمة من التخنيون – المعهد الإسرائيلي للتكنولوجيا

الاقتباس: تم استرداد الملاحظة الأولى لظاهرة إشعاع Cherenkov في الفضاء ثنائي الأبعاد (2023 ، 18 يناير) في 19 يناير 2023 من https://phys.org/news/2023-01-cherenkov-phenomenon-2d-space.html

هذا المستند عرضة للحقوق التأليف والنشر. بصرف النظر عن أي تعامل عادل لغرض الدراسة أو البحث الخاص ، لا يجوز إعادة إنتاج أي جزء دون إذن كتابي. يتم توفير المحتوى لأغراض إعلامية فقط.

معا للقضاء على التشيع

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.

زر الذهاب إلى الأعلى
إغلاق