افــــــق رویـــــداد

اطلاعات بیشتر در ۳ قسمت :

https://bigbangpage.com/?p=34857

https://bigbangpage.com/?p=35637

https://bigbangpage.com/?p=35967

منابع:

👑فيزيك هاليدي، رزنيك، واكر، جلد‌هاي دوم و سوم
👑فيزيك دانشگاهي، سرز و زيمانسكي – جلد چهارم
👑فيزيك جديد ۱ و ۲ نشر پيام نور
👑فيزيك كوانتومي استفان گاسيوروويچ

فیزیکدانان یک روش جالب جدید برای درهم تنیدن نور و صدا پیدا کرده اند

ابتدا توضیحاتی برای پیش‌زمینه از خبر

                    ➖➖➖➖➖

فونون و فوتون

فوتون ها و فونون ها دو تا از حامل های اساسی انرژی حرارتی در داخل و بین مواد هستند. در مقیاس کوانتومی، آنها مانند امواج رفتار می کنند: فوتون ها امواج میدان های الکترومغناطیسی هستند، در حالی که فونون ها امواجی از انرژی ارتعاشی اتمی نوسانی هستند.

با پدیده درهمتنیدگی کوانتومی آشنا هستید(در کانال کاوش کنید). اکنون پژوهشگران بین نور و صدا یعنی فوتون و فونون درهمتنیدگی ایجاد کرده کرده اند و این برای فناوری رایانه های کوانتومی بسیار مفید و حیاتی است.

می دانیم که وقتی یک بار الکتریکی شتاب می گیرد، امواج الکترومغناطیسی تولید می کند که بر جهت انتشار آن عمود هستند. این امواج الکترومغناطیسی امواج انرژی هستند که حاوی مقدار محدودی انرژی هستند که در طبیعت کوانتیزه می شود.  این کوانتوم های امواج الکترومغناطیسی به عنوان فوتون شناخته می شوند. این فوتون ها ماهیت دوگانه ای از خود نشان می دهند، زیرا هنگامی که در فضا سفر می کنند مانند امواج رفتار می کنند و هنگامی که با هر ذره دیگری برخورد(برهمکنش) می کنند مانند یک ذره عمل می کنند.  آنها با حد بینهایت سرعت در خلاء حرکت می کنند؛ جرم فوتون صفر است.

E = hν یا ћω یا hc/λ
جایی که
ћ = h/2П
ثابت پلانک : h
h = 6.626 × 10-³⁴ j-s

فرکانس تابش: v
سرعت نور : c

λ = طول موج تشعشعات


و اما فنون:

همانطور که گفته شد، آن فوتون کوانتایی از انرژی موج الکترومغناطیسی است. به طور مشابه وقتی در مورد یک کریستال جامد صحبت می کنیم، تمام یون های موجود در شبکه کریستالی ارتعاشات شبکه‌ای را نشان می دهند.  و این ارتعاشات امواج ارتعاشی در سطح اتمی تولید می کنند. این به دلیل وجود پیوند فنری الاستیک بین آنهاست. در حقیقت، چنین نوع پیوندی بین اتم ها وجود ندارد، اما رفتار آنها ماهیت فنر الاستیکی را نشان می دهد. در ابتدا، همه اتم ها در محل شبکه خود در حالت تعادل حضور دارند.  هنگامی که موقعیت تعادل آنها به دلیل نیروی داخلی یا خارجی به هم می خورد، دو نوع تعامل بین اتم ها رخ می دهد:

هنگامی که فاصله بین اتم ها:
• از طول پیوند کمتر است، میگوییم: هر دو یکدیگر را دفع می کنند.
• وقتی فاصله بین اتم ها بیشتر از طول پیوند است، میگوییم : هر دو یکدیگر را جذب می کنند

به دلیل این جاذبه و دافعه، اتم ها شروع به ارتعاش در میانگین‌موقعیت خود می کنند و این ارتعاش به ارتعاش شبکه معروف است.  و این ارتعاشات امواج ارتعاشی تولید می کنند که امواج انرژی هستند و کوانتا (حداقل انرژی ممکن) این انرژی امواج ارتعاشی به نام فونون شناخته می شود.

خاصیت فونون بسیار شبیه فوتون است زیرا فونون مشابه فوتون است. همچنین ماهیت دوگانه‌ای(موج‌ذره) را نشان می دهد، با داشتن همان مقدار انرژی E = ћω.


• کاربردهای فوتون:

فوتون ها در پنل های خورشیدی استفاده می شوند

آنها به عنوان ابزاری در زمینه پزشکی مانند اشعه ایکس استفاده می شوند

آنها همچنین در مطالعه مولکول ها در سطح میکرو مانند اندازه گیری فاصله بین اتم ها استفاده می شوند

• کاربردهای فونون:

در مطالعه خواص مختلف ماده مانند هدایت حرارتی و الکتریکی استفاده می شود.

فونون ها همچنین برای خنک کردن دمای دستگاه های الکترونیکی فقط با دفع گرما در اطراف شبکه استفاده می شوند.

سام آریامنش

                   ➖➖➖➖➖

اکنون پس از این توضیحات خلاصه ای از این هنر و خبر پژوهشگران در درهمتنیدگی فنون و فوتون :

محققان نشان دادند که چگونه می‌توان ذرات را با استفاده از فرآیندی به نام پراکندگی بریلوین(کاوش کنید Brillouin scattering) در هم تنید که به موجب آن نور توسط «امواج ارتعاشات صوتی تولید شده توسط گرما» در بین اتم‌های یک ماده پراکنده می‌شود.

هنگامی که دو کوانتا در امتداد یک ساختار فوتونیک حرکت می‌کنند، فونون با سرعت بسیار کمتری حرکت می‌کند و در نتیجه پراکندگی ایجاد می‌کند که می‌تواند ذراتی را که دارای «سطوح انرژی به‌طور چشمگیری متفاوت» هستند، درهم بِتَنند.

چیزی که این موضوع را جالب‌تر می‌کند این است که می‌توان آن را در دماهای بالاتر از روش‌های درهم تنیدگی استاندارد به دست آورد، درهم تنیدگی را از ناحیه برودتی خارج کرد و به طور بالقوه نیاز به تجهیزات گران قیمت و تخصصی را کاهش داد.

آنها می نویسند:
«این واقعیت که سیستم روی پهنای باند بزرگی از حالت های نوری و آکوستیک کار می کند، چشم انداز جدیدی از درهم تنیدگی با حالت های پیوسته با پتانسیل زیادی برای کاربردها در محاسبات کوانتومی، ذخیره سازی کوانتومی، مترولوژی کوانتومی، تله پورت کوانتومی، به ارمغان می آورد. یعنی ارتباط کوانتومی به کمک درهم تنیدگی و کاوش در مرز بین دنیای کلاسیک و کوانتومی."

مقاله اصلی  Physical Review Letters

@ofoghroydad