کشف ذره بدون جرم پس از ۸۵ سال کنکاش

گامی در پیشرفت شگرف وسایل الکترونیکی

اگرچه نظریه ی کوانتومی در نخستین سال قرن نوزدهم متولد شد، اما اثبات پیش بینی های آن تا کنون ادامه یافته و مطمئناً در سال های آینده همچنان ادامه خواهد یافت. با دیپ لوک همراه باشید...

حالا پس از ۸۵ سال، یکی دیگر از پیش بینی های کوانتوم، به واقعیت بدل شده است. ذره ای بدون جرم به نام فرمیون ویل که در سال ۱۹۲۹ و توسط ریاضیدان و فیزیکدان هرمان ویل، پیش بینی شده بود. اما شاید خیلی از دوستان با این ذره و میزان اهمیت آن آشنا نباشند. پس اجازه دهید قبل از هر چیز، شما را با ذره ی شگفت انگیز آشنا کنم.

تمام ذرات هستی بر اساس یک ویژگی ذاتی به نام "اسپین" به دو دسته ی فرمیون و بوزرون تقسیم می شوند. اگر اسپین یک ذره، نیمه صحیح (کسری) باشد، فرمیون بوده و اگر اسپین آن صحیح باشد، در دسته ی بوزون ها جای خواهد گرفت. مثلاً الکترون، یک فرمیون است در حالیکه فوتون (ذره ی نور) یک بوزون است. بسیار جالب است که همین اختلاف اندک، باعث تفاوت های شگرفی بین دو دسته از ذرات می شود. هر یک از این دو دسته، به شاخه های بسیار متعدد دیگری تقسیم می شوند که ما از مرور تفصیلی آنها صرفنظر می کنیم. به طور کلی فرمیون ها از نظر ریاضی به سه دسته ی ویل (weyl)، دیراک (dirac) و مایورانا (majorana) تقسیم می شوند. فرمیون های ویل، بدون جرم بوده و قهرمان مقاله ی امروز هستند. فرمیون های دیراک دارای جرم بوده و اکثر فرمیون هایی که می شناسیم متعلق به این دسته هستند. فرمیون های مایورانا، ذراتی هستند که پادماده ی خودشان هستند و از این لحاظ برخلاف فرمیون های دیراک هستند که هریک پادذره ی جداگانه ای دارند. اما نکته ی جالب این است که همین فرمیون های دیراک، ترکیبی از فرمیون های ویل هستند؛ بنابراین فرمیون های ویل را می توان بنیادی ترین فرمیون های هستی لقب داد!

A detector image (top) signals the existence of Weyl fermions. The plus and minus signs note whether the particle's spin is in the same direction as its motion -- which is known as being right-handed -- or in the opposite direction in which it moves, or left-handed. This dual ability allows Weyl fermions to have high mobility. A schematic (bottom) shows how Weyl fermions also can behave like monopole and antimonopole particles when inside a crystal, meaning that they have opposite magnetic-like charges can nonetheless move independently of one another, which also allows for a high degree of mobility. Credit: Su-Yang Xu and M. Zahid Hasan, Princeton Department of Physics

 

فرمیون ویل، یک ذره ی خارق العاده است. نتایج بسیار جالبی می تواند از کشف این ذره بدست آید که ما در حال حاضر نمیتوانیم آنها را تصور کنیم. فرمیون ویل می تواند دوباره تولید شده و به کار گرفته شود. ذراتی مانند بوزون هیگز معمولاً پس از برخوردهای سریع ذرات، تشخیص داده می شوند، اما فرمیون ویل در یک کریستال فلزی سنتزی به نام تانتالم آرسنید، کشف شد. این کریستال توسط محققان دانشگاه پرینستون و با همکاری محققان چین و تایوان طراحی شد.

فرمیون ویل ویژگی هایی دارد که آن را برای وسایل الکترونیکی آینده، کارآمد می کند. یکی از این خصوصیت ها، توسعه ی میدان محاسبات کوانتومی با بهره وری زیاد است. زمانیکه فرمیون های ویل درون کریستال قرار دارند، اغلب به صورت ترکیبی از ذره ی تک قطبی و پادتک قطبی، رفتار می کنند و از این نظر بسیار مورد توجه هستند. این بدان معناست که ذرات ویل که بارهای مغناطیسی مخالفی دارند، می توانند به صورت مستقل از یکدیگر و با تحرک زیادی حرکت کنند. محققان دریافتند به کمک فرمیون های ویل می توان الکترون های بدون جرمی ساخت که بسیار سریع و بدون پراکندگی بازگشتی حرکت کنند. این در حالیست که الکترون ها زمانیکه به مانعی برخورد می کنند، دچار پراکندگی می شوند. این پراکندگی در وسایل الکترونیک، بهره وری را کاهش داده و گرما تولید می کند، اما الکترون های ویل از درون موانع تونل زنی کرده و یا در اطراف موانع حرکت می کنند. یعنی این ذرات، خودشان GPS دارند و می توانند بدون پراش، مسیر خود را پیدا کرده و طی کنند! این الکترون های بسیار سریع می توانند باعث خلق نوع جدیدی از محاسبات کوانتومی شوند.

ذره ای که ویل پیشنهاد داد، فیزیکدانان را تقریباً یک قرن شیفته ی خود کرد. کشف این ذره، یک آزمایش بسیار دشوار و بلندپروازانه بود. در واقع آزمایش های شکار فرمیون ویل از همان روزهای ابتدایی نظریه ی کوانتومی آغاز شده بود، اما حالا پس از ۸۵ سال دانشمندان موفق به کشف آن شدند. مواد ویل، همتایان سه بعدی گرافن هستند که نقش مهمی در آینده ی صنایع الکترونیک خواهند داشت، هرچند برای صحبت از کاربردهای عملی این کشف، هنوز کمی زود است.

نقل از دیپ لوک

کشف ذره بدون جرم پس از ۸۵ سال کنکاش

یک ذره بدون جرم که دانشمندان را برای ۸۵ سال به دنبال خود کشانده بود، بتازگی کشف شده و این دستاورد می‌تواند راه را برای دستگاههای الکترونیکی سریعتر و کارآمدتر و همچنین انواع جدیدی از محاسبات کوانتومی هموار کند.

یک تیم بین‌المللی به رهبری دانشمندان دانشگاه پرینستون موفق به کشف "فرمیون‌های وایل" شده‌اند که ۸۵ سال پیش نظریه‌پردازی شده بودند. محققان از نخستین مشاهدات فرمیون‌های وایل خبر داده‌اند که اگر بر نسل بعدی دستگاههای الکترونیکی اعمال شوند، می‌توانند منجر به جریان کارآمد و تقریبا آزاد برق در دستگاه‌ها و از این رو قدرت بیشتر به ویژه برای کامپیوترها شوند.

این ذرات که نخستین بار توسط هرمان وایل، ریاضیدان و فیزیکدان آلمانی در سال ۱۹۲۹ معرفی شدند، به دلیل اینکه به عنوان اجزای سازنده احتمالی سایر ذرات زیراتمی محسوب می‌شدند، بسیار مورد توجه و بررسی دانشمندان قرار داشتند. طبیعت بنیادی این ذرات بدین معنی است که فرمیون‌های وایل می‌توانند انتقال ثابت‌تر و کارآمدتری از ذرات را نسبت به الکترون‌ها ارائه کنند. فرمیون‌های وایل برخلاف الکترون‌ها بدون جرم بوده و دارای درجه بالایی از تحرک هستند؛ چرخش ذره هم در جهت حرکت آن و هم در خلاف جهت حرکتش صورت می‌گیرد.

یافته‌های دانشمندان با سایر اکتشافات ذره متفاوت است زیرا فرمیون وایل می‌تواند تکثیر شده و و بطور بالقوه اعمال شود. بطور معمول ذراتی مانند بوزون هیگز بطور زودگذر پس از برخورد ذرات شناسایی می‌شوند. اما فرمیون وایل درون یک بلور فلزی مصنوعی موسوم به آرسنید تانتالوم کشف شد که محققان پرینستون آن را با همکاری دانشمندان مرکز ماده کوانتوم نوآوری مشارکتی در پکن و دانشگاه ملی تایوان طرحی کرده بودند. این یافته‌ها درمجله ساینس منتشر شده است.

نقل از بیگ بنگ

Big News,Physicsts have finally discovered massless particles and they could revolutionize electronics
 

After 85 years of hard work and searching, scientists have confirmed the presence of a massless particle called the Weyl fermion for the first time ever. With the exceptional ability to act as both matter and anti-matter inside a crystal, this odd particle can produce electrons that have no mass. The discovery is a big step, not just because we lastly have proof that these mysterious particles exist, but because it paves the way for far more effective electronics, and new types of quantum computing. Lead investigator and physicist M. Zahid Hasan from Princeton University in the US toldAnthonyCuthbertson of IBTimes "Weyl fermions could be used to solve the traffic jams that you get with electrons in electronics - they can move in a much more efficient, ordered way than electrons.They could lead to a new type of electronics we call 'Weyltronics'."

Source: Physics Astronomy

عطف به عتف - نگاهی به پژوهش و ISI در ایران

امید عمومی - نامه به ریاست جمهوری

مرز بین ایمان و تجربه  

نامه سرگشاده به حضرت آیت الله هاشمی رفسنجانی

آخرین مقالات