شبیه سازی بیشترین سرعت چرخش در آزمایشگاه

دانشمندان سریع ترین شیء در حال چرخش دنیا را طراحی کردند؛ نوعی دمبل بسیار کوچک که می تواند در هر ثانیه ۶۰ میلیارد بار به دور خود بچرخد و این رقم ۱۰۰ هزار مرتبه سریع تر از تعداد چرخش مته های برقی دندانپزشکی است.

محققان دانشگاه های Purdue، Peking، Tsinghua و مرکز نوآوری های مشترک کوانتومی در پکن اظهار داشته اند که این شیء به آنها کمک خواهد کرد تا علاوه بر موضوعات دیگر به مطالعه مکانیزم های کوانتومی بپردازند و نتایج این پژوهش نیز در نشریه نامه های نقد فیزیکی منتشر گردید.

اما این پژوهش آنطور که محققان می گویند نتایج ارزشمندی را با خود به همراه خواهد داشت که از آن جمله می توان به علم مواد اشاره نمود. Tongcang Li از استادیاران مهندسی فیزیک، نجوم، برق و کامپیوتر در دانشگاه Purdue در این باره می گوید:

ما میتوانیم به مطالعه شرایط سختی بپردازیم که مواد مختلف توانایی تحمل شان را دارند.

این دمبل کوچک یا همان نانوذره تقریبا به اندازه یک ویروس است؛ عرض آن برابر با ۱۷۰ نانومتر بوده و طولش به ۳۲۰ نانومتر می رسد. خود ذره هم از سیلیکا گرفته شده که در اصل نوعی ترکیب شیمیایی بی رنگ است که از مواد مختلفی نظیر اکسیژن و سیلیکون ساخته شده. برای آنکه درک بهتری از این ماده داشته باشید باید بگوییم که یک نانومتر در حدود یک میلیاردم ماده است.

این تیم که مدیریتش را آقای لی بر عهده داشت نانو ذره مذکور را با کمک لیزر در محیطی خلاء به حالت شناور در آورد. در این صورت شی با سرعتی غیرقابل پیشبینی شروع به چرخش یا لرزش خواهد کرد. با شروع چرخش، دمبل کارکردی شبیه به یک آرمیچر را به خود خواهد گرفت اما در صورتی که حرکتش به صورت لرزش باشد رفتاری شبیه به یک فنر پیچشی را پیدا می کند؛ ابزاری که برای اندازه گیری نیروهای بسیار ضعیف مورد استفاده قرار می گیرد. در هر حال، هر دوی این وضعیت ها به دانشمندان کمک خواهند کرد تا اطلاعات بیشتری در مورد مکانیزم های کوانتومی و خواص خلاء کسب نمایند.

لی در اینباره می گوید:

مردم تصور می کنند که محیط های خلاء هیچ خاصیتی ندارند اما در فیزیک می دانیم که چنین محیط هایی کاملا هم خالی نیستند. ذرات مجازی زیادی در این محیط ها وجود دارند که ممکن است برای مدتی کوتاه باقی بمانند و سپس از بین بروند. ما میخواهیم بدانید که چه اتفاقی در این محیط ها رخ می دهد و به همین دلیل است که قصد داریم حساس ترین فنر پیچشی دنیا را بسازیم.

گام بعدی برای این گروه از محققان انجام آزمایشات دیگر و رسیدن به سرعت های چرخشی بیشتر است که امکان تست نظریه های بنیادی تری را در فیزیک ممکن می کند و از آن جمله می توان به اشکال عجیب و نامتعارفی از اصطکاک در محیط های خلاء اشاره نمود.

در توضیح مکانیک کوانتومی باید بگوییم به توصیف پدیده های نامتعارفی می پردازد که صرفا در مقیاس های بسیار کوچک رخ می دهند و از آن جمله می توان به در هم تنیدگی کوانتومی اشاره نمود؛ این اتفاق زمانی رخ می دهد که ذرات جفتی یا گروهی با همدیگر به نحوی تعامل داشته باشند که قوانین کلاسیک فیزیک را زیر پا بگذارند. در این تعامل یک آبجکت حتی در صورتی که ارتباط فیزیکی مستقیمی با آبجکت دیگر نداشته باشد و فاصله زیادی میانشان وجود داشته باشد (مثلا به اندازه کل عالم هستی) بر آن اثر می گذارد.