با ضعيف*ترين نيروي جهان آشنا شويد

با ضعيف*ترين نيروي جهان آشنا شويدhttp://khabaronline.ir/images/positi...10/4/scale.jpg

دانشمندان با استفاده از شصت اتم برليوم، دقت اندازه*گيري نيروها را يك ميليون بار افزايش داده*اند و نيروي 174 يوكتو نيوتن را اندازه*گيري كنند كه هزارميلياردميليارد بار سبك*تر از يك وزنه يك گرمي است.
محمود حاج*زمان: گروهي از محققان با هل دادن تنها 60 يون توسط يك ميدان الكتريكي بسيار كوچك، موفق شدند تا كوچك ترين نيروي جهان را اندازه بگيرند. نتيجه كار، اندازه*گيري نيرويي معادل چند يوكتو نيوتن (هر يوكتو معادل 10 به توان منفي 24 يا يك ميليون*ميلياردميليارديم است) است، و توانسته ركورد قبلي را با اختلاف بسيار زيادي شكست دهد. گروه انجام دهنده اين كار در انستيتو ملي استاندارد و فناوري بولدر كلرادو، اميدوارند كه استفاده از اين تكنيك نهايتا بتواند منجر به ساخت ابزارهايي جديد، براي اندازه*گيري خصوصيات بسيار كوچك سطح مواد شود.
به گزارش نيچر، اندازه*گيري نيروهاي بسيار كوچك براي تصويربرداري سطوح اتمي و تشخيص اسپين هسته*اي حياتي است، اما انجام چنين كاري به دليل ابعاد فوق العاده كوچكي كه با آنها سر و كار داريم بسيار دشوار است.
پيش از اين محققان توانسته بودند نيروهايي از مرتبه آتو نيوتن (هر آتو معادل 10 به توان منفي 18 است) را، با اعمال فشارهاي كم به سيم*ها يا پاروهاي ميكروسكوپي، و مشاهده ارتعاش آنها اندازه*گيري كنند. چنين سيستمي اگرچه به خوبي كار مي*كند، اما استفاده از آن به دلايلي از جمله اندازه نسبتا بزرگ سيستم، با محدوديت مواجه است.
تكنيك جديد به جاي استفاده از سيستم*هاي پارويي شكل، تنها از 60 يون بريليوم-9 استفاده مي*كند. گروه تحقيقاتي يون*ها را در يك چيدمان كلوچه*شكل پهن كرد و اين مجموعه را با استفاده از ميدان*هاي مغناطيسي در هوا معلق نگاه داشت. سپس يك پرتوي ليزر به سمت يون*ها شليك شد و با تنظيم دقيق اشعه ليزر و خارج كردن انرژي از اين كلوچه اتمي، دماي اين مجموعه به تنها نيم ميلي*كلوين (پنج ده*هزارم) رسانده شد.
پس از انجام اين مقدمات، با استفاده از يك ميدان الكتريكي كوچك، به اين كلوچه اتمي ضربه زده شد. اين ضربه يون*ها را به لرزش درآورد و باعث تغيير قابل تشخيصي در نور ليزر منعكس شده گرديد. بر اساس ميزان تغيير نور، گروه تخمين زد كه نيروي به كوچكي 174 يوكتو نيوتن را اندازه گرفته است. چنين نيرويي حدود هزار بار كوچك*تر از اندازه*گيري*هاي قبلي است.
جرم كم، نيروي اندك
كريس مونرو، فيزيك*دان دانشگاه مريلند كه در تحقيقات شركت نداشته، مي*گويد: «آنچه باعث مي*شود اين سيستم كار كند، وزن فوق*العاده سبك آن است.»
طبق قانون دوم نيوتن، نيرو برابر حاصل*ضرب جرم در شتاب است؛ بنابراين يك جرم كم به يك نيروي اندك حساس است. با وزني در حدود 0.1 يوكتو كيلوگرم، اين مجموعه 60 تايي از يون*هاي بريليوم-9، يكي از سبك*ترين وسايل ممكن براي اندازه*گيري نيرو را تشكيل مي*دهد.
مونرو مي*گويد كه چيز جديد و خاصي درباره اين تكنيك وجود ندارد. مجموعه اتم*هاي فوق*سرد هم*اكنون نيز موضوع مطالعات بسياري هستند. نوآوري اين گروه، استفاده از يون*هاي فوق*سرد به عنوان حسگرهاي فوق حساس نيرو بود. در مقاله*اي كه گروه منتشر كرده، اشاره شده است كه امكان ساخت ابزارهاي حساس*تر، با استفاده از تعداد كمتري از اتم*ها وجود دارد.
اگرچه مونرو اصول كار انجام شده را تاييد مي*كند، اما اشاره مي*كند كه تعداد اتم*ها باعث مي*شود اشعه ليزر نقش تعيين كننده*اي در اندازه*گيري داشته باشد.
گروه تحقيقاتي اميدوار است كه نهايتا از يون*هاي بريليوم در تمام زمينه*ها، به عنوان يك آشكارساز نيروهاي بسيار كوچك استفاده شود. كنراد لنرت كه ركورد قبلي اندازه*گيري نيرو را با استفاده از يك سيم لرزان در اختيار داشت، مي*گويد: «شما مي*توانيد از اين ابزار براي اندازه*گيري*هاي نيروهاي بنيادي استفاده كنيد. به طور خاص، ممكن است بررسي گرانش و تاثيرات كوانتومي در مقياس*هاي فوق كوتاه با اين سيستم امكان*پذير باشد.»
با اين حال، مونرو نسبت به استفاده از اين تكنيك هشدار مي*دهد. به گفته وي براي استفاده از اين سيستم، بايد يون*ها را در يك محفظه خلاء به صورت مجزا نگهداري كرد كه استفاده*هاي عملي از اين تكنيك را دشوار مي*سازد. البته وي اضافه مي*كند كه توسعه اين تكنيك، با جايگزين كردن كلوچه*هاي اتمي با يك وسيله كاربردي*تر امكان*پذير است.