محققان موسسه فناوری ماساچوست (MIT) در اقدامی شگرف موفق به تولید اولین میکروسکوپ قادر به رصد ذرات فرمیون شدند.

به گزارش سرویس علمی ایسنا منطقه خراسان، ذرات سازنده جهان شامل دو ماده به نام فرمیون و بوزون هستند. فرمیون‌ها ذرات سازنده مواد پیرامون جهان ما هستند و بوزون‌ها نیز انرژی را منتقل می‌کنند.

در طول دو دهه گذشته محققان همواره در تلاش بوده‌اند تا بتوانند از ذرات فرمیون تصاویری تهیه کنند، اما همیشه این تلاش بی‌نتیجه باقی می‌ماند، چرا که تصویربرداری از آنها به خاطر سرعت بسیار بالایشان امری محال تلقی شده بود.

سرانجام مطالعات تکمیلی محققان MIT به نتیجه رسید و آنها توانستند برای نخستین بار ذرات فرمیون را با به کار گرفتن روشی منحصر بفرد به دام انداخته و شکار کنند.

پروفسور زیورلین، استاد فیزیک ذرات دانشگاه MIT در مورد جزئیات این دستاورد گفت: تلاش تیم تحقیقاتی فیزیک ذرات بنیادی این دانشگاه بیشتر در جهت انجام تحقیقات مشتبه سایر دانشمندان در زمینه ذره بوزون برای ذره فرمیون بوده، اگر چه بررسی ذرات فرمیون به مراتب دشوارتر است.

وی در ادامه افزود: برای تصویر برداری از ذرات فرمیون باید از پرتو اتم‌های بسیار خنک برای کاهش سرعت این ذرات استفاده شود که این امر فناوری پیچیده‌ای را می‌طلبد.

فرمیون‌ها مانند پروتون‌ها، الکترون‌ها، نوترون‌ها، اتمها و کوارک‌ها از اجزای سازنده ماده بشمار می روند. آن‌ها حاوی تعداد عجیبی از ذرات بنیادی هستند و به همین دلیل، مشاهده و درک آن‌ها مشکل است. محققان برای حل این مسئله، از گازهای فوق سرد اتمهای فرمیون استفاده کرده و جانشین‌هایی برای سایر انواع فرمیون ایجاد کردند.

اگرچه این کار یک چالش دیگر را به دنبال داشت: اتمها به نور حساس هستند. یک برخورد فوتون می‌تواند ذره را جابجا کرده و تصویربرداری از اتم فرمیون را تقریبا غیرممکن کند. محققان به این منظور از یک روش مبتنی بر لیزر استفاده کرده و با به دام انداختن و ثابت کردن فرمیون‌ها در جای خود، همزمان از آن‌ها تصویربرداری کردند.

این روش شامل استفاده از دو پرتو لیزری است که یک مجموعه ابری اتم فرمیون را در یک شبکه نوری هدف قرار می‌دهند. این پرتوها در طول موجهای مختلف به سرد کردن ابر پرداخته و دمای فرمیون‌ها را به پائین‌ترین حالت انرژی ممکن می‌رساند که این امر، باعث ثابت ماندن فرمیون در جای خود می‌شود.

هر فرمیون از خود نور ساطع می‌کند که توسط میکروسکوپ ثبت می‌شود. از این نور ثبت شده سپس برای تصویربرداری از موقعیت دقیق فرمیون در شبکه استفاده می‌شود که بسیار دقیق‌تر از یک طول‌موج نور است.

این روش به سردسازدی و تصویربرداری از بیش از 95 درصد اتم‌های فرمیون در یک ابر گاز پتاسیوم انجامیده، اما محققان همچنین دریافتند که روش مذکور می‌تواند فرمیون‌ها را حتی پس از تصویربرداری، سرد حفظ کند.

به گفته محققان، تصویربرداری وضوح بالای همزمان از اتمهای فرمیون به ارتقای درک جامعه علمی از رفتار فرمیون‌های دیگر بویژه الکترون‌ها در طبیعت خواهد پرداخت.

جزئیات بیشتر در مجله Physical Review Letters منتشر شده است.

انتهای پیام