نخستین تصویربرداری از درون اتم‌ها

[kahrupay]

دانشمندان هلندی موفق به تصویربرداری از درون یک اتم برای نخستین بار شدند.

به گزارش سرویس علمی خبرگزاری دانشجویان ایران (ایسنا)، این موفقیت می‌تواند به طراحی اشکال رادیکالی جدید ابزار الکترونیکی بینجامد و به درک دانشمندان از اساسی‌ترین بلوک‌های سازنده کمک کند.

در آزمایش‌های انجام‌شده، محققان از لیزر و میکروسکوپ برای رصد درون ذره هیدروژن، بهره بردند.

این نوع تصاویر هرگز تهیه نشده بود؛ زیرا تمامی آزمایش‌های پیشین ذراتی را که دانشمندان در تلاش برای تصویربرداری از آن‌ها بودند، نابود می‌کردند.

دانشمندان هلندی موفق به مشاهده محتوای اتم هیدروژن با استفاده از لنزهای خاصی شدند که تصاویر را تا بیش از 20 هزار برابر بزرگ کرده و یک "میکروسکوپ کوانتومی" خلق می‌کند.

این آزمایش، محدودیت‌های فیزیکدانان کوانتونی را خواهد شکست و به محققان در طراحی سیستم‌های الکترونیکی فوق سریع در آینده کمک خواهد کرد.

به جای توانایی برای توضیح موقعیت یک ذره، فیزیک کوانتوم توصیفی را از پیرامون آن به نام "تابع موج" ارائه می‌دهد. این مفهوم شیوه‌ای ریاضیاتی برای توصیف چگونگی رفتار آن‌ها در فضا و زمان است.

تابع‌های موج مانند امواج صوتی عمل می‌کنند؛ اما در حالی که توصیف ریاضی موج صوتی، حرکت مولکول‌های موجود در هوا را در مکانی خاص توصیف می‌کند، تابع موج احتمال یافتن ذره را توضیح می‌دهد.

فیزیکدانان می‌توانند از لحاظ تئوری چگونگی تابع یک موج را پیش‌بینی کنند، اما اندازه‌گیری این تابع بسیار دشوار است.

بیشتر تلاش‌ها برای مشاهده مستقیم تابع‌های موج در فرایندی موسوم به «فروریختگی» (collapse) آنها را نابود می‌کند.

فیزیکدانان لابراتواری در «بنیاد تحقیقات بنیادین بر روی ماده» در آمستردام، رویکرد نانونابودگر جدید را عملی کردند.

با استفاده از پروپوزال ارائه‌شده در سال 1981 توسط سه نظریه‌پرداز روسی و مطالعات جدید بر روی این پروپوزال، تیمی هلندی نخست دو لیزر را به اتم‌های هیدروژن در درون یک اتاقک تابانید و به الکترون‌ها با سرعت و در مسیرهایی که به تابع موج زیرینشان بستگی داشت، ضربه زد.

یک میدان الکتریکی قوی در درون اتاقک الکترون‌ها را به مکان‌هایی بر روی دتکتور دووجهی هدایت کردند، که این مکان‌ها به سرعت‌های اولیه و نه مکان‌های اولیه بستگی داشتند.

بنابراین، توزیع الکترون‌های برخوردکننده به دتکتور با تابع موج از الکترون‌ها در لحظه‌ای که هسته‌های هیدروژنشان را به جا گذاشتند، مطابقت داشت.

این سیستم توزیع الکترون را بر روی صفحه به عنوان رینگ‌های تاریک و روشن نمایش می‌دهد و دانشمندان با استفاده از دوربین‌های دیجیتالی با تفکیک‌پذیری بالا، از آن‌ها تصویربرداری کردند.

هیدورژن سه چهارم جهان را تشکیل می‌دهد و به دلیل ساختار اساسی‌اش، برای این آزمایش انتخاب شد؛ همچنین تصویربرداری از آن در مقایسه با هر ماده دیگری، آسان‌تر است.

تیم تحقیقاتی آزمایشات خود را بر روی ذرات هلیم آغاز کرده است.

کاربردپذیری این فرایند بر روی مواد پیچیده‌تر در هاله‌ای از ابهام است.

جزئیات این موفقیت علمی در Physical Review Letters منتشر شد.