ورقة علمية: الآراء حول السب كيلفين - ديناميكيات التبريد والتسخين لجهاز الرفع البصري
المؤلفون: فونس فان دير لان، فيليكس تيبينيوهانس، رينيه رايمان، جاياديف فيجايان، لوكاس نوفوتني، مارتن فريمر
هناك دائماً مرجعية لمختلف أنواع الحركة في الكون، وهذا الأمر الذي يربك الجهود المبذولة لاستكشاف التأثيرات الفيزيائية الدقيقة. ولقد تمكن الباحثون من اكتشاف تقنيات مختلفة لتهدئة هذه الحركة، علماً أن الأبحاث السابقة ركزت بشكل أساسي على التحكم في الحركة الانتقالية التي تصف كيفية تحرك الأشياء للأمام والخلف وللأعلى وللأسفل.
وقاد مجموعة من الباحثين في المعهد الفدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيورخ ومركز بحوث الكوانتوم التابع لمعهد الابتكار التكنولوجي الأبحاث المعنية بإبطاء الحركة الدورانية لتسجيل قيم منخفضة كذلك. وبدوره، قال رينيه رايمان، مدير الاستشعار الكمي في مركز بحوث الكم: ""في الوقت الحالي، تمثل هذه أصغر حركة دورانية لجسم نانومتري تم تحقيقها على الإطلاق"".
إن تقليل الحركة الانتقالية والدورانية إلى ""الحالة الأرضية"" يسمح للباحثين بدراسة الظواهر الفيزيائية التي وضع الباحثون نظريات حولها ولكن لم يتم قياسها في عملياً. وفي هذا السياق، قال فونس فان دير لان، طالب الدكتوراه في المعهد الفدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيورخ، ""نحاول اكتشاف ما يحدث على الحد ما بين الفيزياء الكلاسيكية والفيزياء الكمية. وسيساعدنا هذا البحث على معرفة أين تنهار كل نظرية وما يمكن أن ينشأ في الفراغ بينها.""
الدفع المصغر الدقيق
اختار الباحثون مراقبة والتحكم بدوران دمبل نانوي مرتفع يتكون من كرتين زجاجيتين صغيرتين، وهذا منهج اتبعته مجموعة بسيطة من مجموعات البحث الأخرى. ويساهم شكل هذا الدمبل في تسهيل عملية مراقبة دوران الجسم النانوي والتحكم به. يهتز جسم صغير مثل هذا الدمبل النانوي ذهاباً وإياباً بسعة دوران تبلغ حوالي 6 درجات في درجة حرارة الغرفة، وقد طور الباحثون أداة للدفع عكس اتجاه التذبذب بهدوء ودقة باستخدام الليزر، وهذا يشبه الدفع بلطف للخلف ضد حركة الطفل في أرجوحة لإبطائه، ولكن الأمر أسرع بآلاف المرات وبقوة دقيقة جداً. خفضت الأداة هذه التذبذب إلى أدنى المستويات المسجلة على الإطلاق، ولكن يجب تقليل التذبذب مئة مرة أخرى لدراسة الظواهر الكمية مثل التشابك والتراكب للأجسام الأكبر حجماً.
فرص جديدة
يمكن أن يؤدي هذا البحث أيضاً إلى تطوير مستشعرات عزم دوران حساسة للغاية لقياس الحركة الدورانية، إذ يمكن لذلك أن يسمح للعلماء باستكشاف ظاهرة كمية غريبة مثل الاحتكاك الفراغي الذي يتسبب في إبطاء الأشياء حتى عندما لا يكون هناك شيء آخر لتثبيط الحركة. وبدوره، قال فونس فان دير لان: ""تم التنبؤ بهذا الاحتكاك الفراغي الدوراني ولكن لم يتم قياسه"".
ويمكن أن يؤدي هذا النهج النانوي المبتكر على المدى الطويل إلى تطوير مستشعرات قصور ذاتي أكثر دقة من الجيروسكوبات الضوئية.
علماً أن الجيروسكوبات الحديثة المستخدمة حالياً تقيس التغيرات في أشعة الضوء التي تنتقل في حلقة صغيرة. وبدوره، علق رينيه رايمان على هذا الموضوع، قائلاً: ""لكن أجهزة استشعار الفوتونية أُعيقت وعلى الأرجح لن تتحسن كثيراً، لذلك يتم اتباع أساليب جديدة لزيادة الحساسية بشكل أكبر"".
يعتقد فونس فان دير لان أن هناك فرصاً ثمينة للتعاون مع مجموعات أخرى في المجالات العلمية المعنية بتطوير مناهج لم يأخذها الفريق في المعهد الفدرالي السويسري للتكنولوجيا ومركز بحوث الكوانتوم في الاعتبار.
تم تحقيق هذه الإنجازات التجريبية بفضل الجهد الجماعي في مختبر لوكاس نوفوتني في المعهد الفدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيورخ، تحت توجيه فونس فان دير لان.
تم نشر هذا البحث في مجلة ""Physical Review Letters"":
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.123605