[FONT=tahoma, Vazir, helvetica, sans-serif]دانشمندان با استفاده از شصت اتم برلیوم، دقت اندازه‌گیری نیروها را یك میلیون بار افزایش داده‌اند و نیروی 174 یوكتو نیوتن را اندازه‌گیری كنند كه هزارمیلیاردمیلیارد بار سبك‌تر از یك وزنه یك گرمی است.
گروهی از محققان با هل دادن تنها 60 یون توسط یك میدان الكتریكی بسیار كوچك، موفق شدند تا كوچك ترین نیروی جهان را اندازه بگیرند. نتیجه كار، اندازه‌گیری نیرویی معادل چند یوكتو نیوتن (هر یوكتو معادل 10 به توان منفی 24 یا یك میلیون‌میلیاردمیلیاردیم است) است، و توانسته ركورد قبلی را با اختلاف بسیار زیادی شكست دهد. گروه انجام دهنده این كار در انستیتو ملی استاندارد و فناوری بولدر كلرادو، امیدوارند كه استفاده از این تكنیك نهایتا بتواند منجر به ساخت ابزارهایی جدید، برای اندازه‌گیری خصوصیات بسیار كوچك سطح مواد شود.
به گزارش نیچر، اندازه‌گیری نیروهای بسیار كوچك برای تصویربرداری سطوح اتمی و تشخیص اسپین هسته‌ای حیاتی است، اما انجام چنین كاری به دلیل ابعاد فوق العاده كوچكی كه با آنها سر و كار داریم بسیار دشوار است.
پیش از این محققان توانسته بودند نیروهایی از مرتبه آتو نیوتن (هر آتو معادل 10 به توان منفی 18 است) را، با اعمال فشارهای كم به سیم‌ها یا پاروهای میكروسكوپی، و مشاهده ارتعاش آنها اندازه‌گیری كنند. چنین سیستمی اگرچه به خوبی كار می‌كند، اما استفاده از آن به دلایلی از جمله اندازه نسبتا بزرگ سیستم، با محدودیت مواجه است.
تكنیك جدید به جای استفاده از سیستم‌های پارویی شكل، تنها از 60 یون بریلیوم-9 استفاده می‌كند. گروه تحقیقاتی یون‌ها را در یك چیدمان كلوچه‌شكل پهن كرد و این مجموعه را با استفاده از میدان‌های مغناطیسی در هوا معلق نگاه داشت. سپس یك پرتوی لیزر به سمت یون‌ها شلیك شد و با تنظیم دقیق اشعه لیزر و خارج كردن انرژی از این كلوچه اتمی، دمای این مجموعه به تنها نیم میلی‌كلوین (پنج ده‌هزارم) رسانده شد.
پس از انجام این مقدمات، با استفاده از یك میدان الكتریكی كوچك، به این كلوچه اتمی ضربه زده شد. این ضربه یون‌ها را به لرزش درآورد و باعث تغییر قابل تشخیصی در نور لیزر منعكس شده گردید. بر اساس میزان تغییر نور، گروه تخمین زد كه نیروی به كوچكی 174 یوكتو نیوتن را اندازه گرفته است. چنین نیرویی حدود هزار بار كوچك‌تر از اندازه‌گیری‌های قبلی است.
[FONT=tahoma, Vazir, helvetica, sans-serif]
[FONT=tahoma, Vazir, helvetica, sans-serif]جرم كم، نیروی اندك [FONT=tahoma, Vazir, helvetica, sans-serif]
كریس مونرو، فیزیك‌دان دانشگاه مریلند كه در تحقیقات شركت نداشته، می‌گوید: «آنچه باعث می‌شود این سیستم كار كند، وزن فوق‌العاده سبك آن است.»
طبق قانون دوم نیوتن، نیرو برابر حاصل‌ضرب جرم در شتاب است؛ بنابراین یك جرم كم به یك نیروی اندك حساس است. با وزنی در حدود 0.1 یوكتو كیلوگرم، این مجموعه 60 تایی از یون‌های بریلیوم-9، یكی از سبك‌ترین وسایل ممكن برای اندازه‌گیری نیرو را تشكیل می‌دهد.
مونرو می‌گوید كه چیز جدید و خاصی درباره این تكنیك وجود ندارد. مجموعه اتم‌های فوق‌سرد هم‌اكنون نیز موضوع مطالعات بسیاری هستند. نوآوری این گروه، استفاده از یون‌های فوق‌سرد به عنوان حسگرهای فوق حساس نیرو بود. در مقاله‌ای كه گروه منتشر كرده، اشاره شده است كه امكان ساخت ابزارهای حساس‌تر، با استفاده از تعداد كمتری از اتم‌ها وجود دارد.
اگرچه مونرو اصول كار انجام شده را تایید می‌كند، اما اشاره می‌كند كه تعداد اتم‌ها باعث می‌شود اشعه لیزر نقش تعیین كننده‌ای در اندازه‌گیری داشته باشد.
گروه تحقیقاتی امیدوار است كه نهایتا از یون‌های بریلیوم در تمام زمینه‌ها، به عنوان یك آشكارساز نیروهای بسیار كوچك استفاده شود. كنراد لنرت كه ركورد قبلی اندازه‌گیری نیرو را با استفاده از یك سیم لرزان در اختیار داشت، می‌گوید: «شما میتوانید از این ابزار برای اندازه‌گیری‌های نیروهای بنیادی استفاده كنید. به طور خاص، ممكن است بررسی گرانش و تاثیرات كوانتومی در مقیاس‌های فوق كوتاه با این سیستم امكان‌پذیر باشد.»
با این حال، مونرو نسبت به استفاده از این تكنیك هشدار می‌دهد. به گفته وی برای استفاده از این سیستم، باید یون‌ها را در یك محفظه خلاء به صورت مجزا نگهداری كرد كه استفاده‌های عملی از این تكنیك را دشوار می‌سازد. البته وی اضافه می‌كند كه توسعه این تكنیك، با جایگزین كردن كلوچه‌های اتمی با یك وسیله كاربردی‌تر امكان‌پذیر است.
منبع : خبر آنلاین
© کپی رایت توسط موسسه پروفسور حسابی
گروهی از محققان با هل دادن تنها 60 یون توسط یك میدان الكتریكی بسیار كوچك، موفق شدند تا كوچك ترین نیروی جهان را اندازه بگیرند. نتیجه كار، اندازه‌گیری نیرویی معادل چند یوكتو نیوتن (هر یوكتو معادل 10 به توان منفی 24 یا یك میلیون‌میلیاردمیلیاردیم است) است، و توانسته ركورد قبلی را با اختلاف بسیار زیادی شكست دهد. گروه انجام دهنده این كار در انستیتو ملی استاندارد و فناوری بولدر كلرادو، امیدوارند كه استفاده از این تكنیك نهایتا بتواند منجر به ساخت ابزارهایی جدید، برای اندازه‌گیری خصوصیات بسیار كوچك سطح مواد شود.
به گزارش نیچر، اندازه‌گیری نیروهای بسیار كوچك برای تصویربرداری سطوح اتمی و تشخیص اسپین هسته‌ای حیاتی است، اما انجام چنین كاری به دلیل ابعاد فوق العاده كوچكی كه با آنها سر و كار داریم بسیار دشوار است.
پیش از این محققان توانسته بودند نیروهایی از مرتبه آتو نیوتن (هر آتو معادل 10 به توان منفی 18 است) را، با اعمال فشارهای كم به سیم‌ها یا پاروهای میكروسكوپی، و مشاهده ارتعاش آنها اندازه‌گیری كنند. چنین سیستمی اگرچه به خوبی كار می‌كند، اما استفاده از آن به دلایلی از جمله اندازه نسبتا بزرگ سیستم، با محدودیت مواجه است.
تكنیك جدید به جای استفاده از سیستم‌های پارویی شكل، تنها از 60 یون بریلیوم-9 استفاده می‌كند. گروه تحقیقاتی یون‌ها را در یك چیدمان كلوچه‌شكل پهن كرد و این مجموعه را با استفاده از میدان‌های مغناطیسی در هوا معلق نگاه داشت. سپس یك پرتوی لیزر به سمت یون‌ها شلیك شد و با تنظیم دقیق اشعه لیزر و خارج كردن انرژی از این كلوچه اتمی، دمای این مجموعه به تنها نیم میلی‌كلوین (پنج ده‌هزارم) رسانده شد.
پس از انجام این مقدمات، با استفاده از یك میدان الكتریكی كوچك، به این كلوچه اتمی ضربه زده شد. این ضربه یون‌ها را به لرزش درآورد و باعث تغییر قابل تشخیصی در نور لیزر منعكس شده گردید. بر اساس میزان تغییر نور، گروه تخمین زد كه نیروی به كوچكی 174 یوكتو نیوتن را اندازه گرفته است. چنین نیرویی حدود هزار بار كوچك‌تر از اندازه‌گیری‌های قبلی است.
[FONT=tahoma, Vazir, helvetica, sans-serif]
[FONT=tahoma, Vazir, helvetica, sans-serif]جرم كم، نیروی اندك [FONT=tahoma, Vazir, helvetica, sans-serif]
كریس مونرو، فیزیك‌دان دانشگاه مریلند كه در تحقیقات شركت نداشته، می‌گوید: «آنچه باعث می‌شود این سیستم كار كند، وزن فوق‌العاده سبك آن است.»
طبق قانون دوم نیوتن، نیرو برابر حاصل‌ضرب جرم در شتاب است؛ بنابراین یك جرم كم به یك نیروی اندك حساس است. با وزنی در حدود 0.1 یوكتو كیلوگرم، این مجموعه 60 تایی از یون‌های بریلیوم-9، یكی از سبك‌ترین وسایل ممكن برای اندازه‌گیری نیرو را تشكیل می‌دهد.
مونرو می‌گوید كه چیز جدید و خاصی درباره این تكنیك وجود ندارد. مجموعه اتم‌های فوق‌سرد هم‌اكنون نیز موضوع مطالعات بسیاری هستند. نوآوری این گروه، استفاده از یون‌های فوق‌سرد به عنوان حسگرهای فوق حساس نیرو بود. در مقاله‌ای كه گروه منتشر كرده، اشاره شده است كه امكان ساخت ابزارهای حساس‌تر، با استفاده از تعداد كمتری از اتم‌ها وجود دارد.
اگرچه مونرو اصول كار انجام شده را تایید می‌كند، اما اشاره می‌كند كه تعداد اتم‌ها باعث می‌شود اشعه لیزر نقش تعیین كننده‌ای در اندازه‌گیری داشته باشد.
گروه تحقیقاتی امیدوار است كه نهایتا از یون‌های بریلیوم در تمام زمینه‌ها، به عنوان یك آشكارساز نیروهای بسیار كوچك استفاده شود. كنراد لنرت كه ركورد قبلی اندازه‌گیری نیرو را با استفاده از یك سیم لرزان در اختیار داشت، می‌گوید: «شما میتوانید از این ابزار برای اندازه‌گیری‌های نیروهای بنیادی استفاده كنید. به طور خاص، ممكن است بررسی گرانش و تاثیرات كوانتومی در مقیاس‌های فوق كوتاه با این سیستم امكان‌پذیر باشد.»
با این حال، مونرو نسبت به استفاده از این تكنیك هشدار می‌دهد. به گفته وی برای استفاده از این سیستم، باید یون‌ها را در یك محفظه خلاء به صورت مجزا نگهداری كرد كه استفاده‌های عملی از این تكنیك را دشوار می‌سازد. البته وی اضافه می‌كند كه توسعه این تكنیك، با جایگزین كردن كلوچه‌های اتمی با یك وسیله كاربردی‌تر امكان‌پذیر است.
منبع : خبر آنلاین
© کپی رایت توسط موسسه پروفسور حسابی