يستخدم العلماء الليزر لتبريد مساحة صغيرة من الفيلم لإلغاء الصفر المطلق لأجهزة الاستشعار شديدة الحساسية

أعلن باحثون في جامعة بازل مؤخرًا عن تطوير ناجح لطريقة جديدة يمكنها تبريد مساحات صغيرة من الفيلم إلى درجات حرارة قريبة جدًا من الصفر المطلق (-273.15 درجة مئوية) باستخدام الليزر فقط. ووفقًا للتقرير ، يمكن استخدام هذا الفيلم شديد البرودة في المستقبل لأجهزة الاستشعار شديدة الحساسية.
توصل عالم الفلك الألماني يوهانس كيبلر إلى فكرة الشراع الشمسي قبل 400 عام ، وهي مركبة فضائية تستخدم الضغط الخفيف لأشعة الشمس للملاحة الكونية ويمكن استخدامها للسماح للسفن بالإبحار عبر الفضاء. كان يعتقد أنه عندما ينعكس الضوء على جسم ما ، يتم بذل قوة. كما استخدم هذه النظرية لشرح سبب توجه ذيول المذنبات بعيدًا عن الشمس.
قاد الفريق الدكتور فيليب تريوتلين والدكتور باتريك بوتس. تم نشر النتائج التي توصلوا إليها مؤخرًا في المجلة العلمية Physical Review X.
لا توجد ملاحظات حول القياس
اليوم ، يتم إبطاء الذرات والجسيمات الأخرى وتبريدها باستخدام قوة الضوء. عادة ما تكون أداة معقدة مطلوبة لهذا الغرض. ما يميز نهج الفريق المذكور أعلاه هو أنهم يحققون تأثير التبريد هذا دون إجراء أي قياسات.
وفقًا لقوانين ميكانيكا الكم ، غالبًا ما تتطلب حلقات التغذية الراجعة عمليات قياس يمكن أن تؤدي إلى تغييرات في الحالات الكمومية وبالتالي تسبب اضطرابات. لمنع هذا ، أنشأ الباحثون في جامعة بازل نظامًا يسمى "حلقة التغذية المرتدة المتماسكة" حيث يعمل الليزر كمستشعر ومثبط.
لقد حققوا ذلك عن طريق قمع وتبريد الاهتزازات الحرارية لطبقة من نترات السيليكون يبلغ حجمها حوالي نصف ملليمتر. في تجاربهم ، وجه الباحثون شعاع الليزر إلى الفيلم وغذوا الضوء المنعكس من الفيلم إلى كابل ألياف بصرية. خلال هذه العملية ، أدى اهتزاز الغشاء إلى إحداث تغييرات طفيفة في مرحلة التذبذب للضوء المنعكس.
تم بعد ذلك استخدام المعلومات المتعلقة بالحالة الفورية لحركة الغشاء الموجود في مرحلة التذبذب ، مع تأخير زمني ، لتطبيق المقدار المناسب من القوة على الغشاء في اللحظة المناسبة باستخدام نفس الليزر. استخدم الباحثون كابل ألياف ضوئية بطول 30- مترًا لتحقيق تأخير مثالي يبلغ حوالي 100 نانوثانية.
تقترب من الصفر المطلق
قام الباحث ما بعد الدكتوراه وزملاؤه في جامعة بازل في سويسرا بتبريد الغشاء إلى 480 ميكرو كلفن ، أو أقل من ألف درجة فوق الصفر المطلق.
في المرحلة التالية ، سيقومون بتحسين التجربة لإحضار الغشاء إلى حالته الأرضية الميكانيكية الكمومية المتذبذبة - أدنى درجة حرارة يمكن بلوغها. يجب أن يكون إنشاء ما يسمى بالحالات المضغوطة للغشاء أمرًا ممكنًا.
هذه الحالات ذات أهمية خاصة لهياكل الاستشعار بسبب قدرتها على تحسين دقة القياس. في المستقبل ، سيكون الفحص المجهري للقوة الذرية لمسح الأسطح بدقة نانومترية تطبيقًا محتملاً لمثل هذه المستشعرات.