منو

زمان در مدار الکترون

: زمان در مدار الكترون :

زمان در مدار الكترون

ترجمه : سليمان فرهاديان

كساني كه فكر مي كنند «نانو» نمادي از كوچك ترين هاست بايد در عقايد خود تجديدنظر كنند. نانوي هر كميتي يك ميلياردم همان كميت است. اما اخيراً دو موضوع جديد پژوهشي به اندازه گيري كميت ها در حد آتو (يك ميلياردم نانو) اختصاص يافته است.

فرانس كراوس (F.Krausz) از دانشگاه فناوري وين و همكارانش به اندازه گيري زمان در حد آتوثانيه روي آوردند. اين پژوهشگران اخيراً مقاله اي در مجله نيچر (Nature) به چاپ رسانده اند و در آن به تشريح نحوه اندازه گيري كوتاه ترين فاصله زماني ثبت شده كه فقط 100 آتوثانيه است، پرداختند.

در عين حال، هارولد كرايگهيد (H.Craighead) و همكارانش در دانشگاه كورنل واقع در آن سوي اقيانوس اطلس مجموعه اي از ترازوها را ابداع كردند كه نسبت به كسري از يك نانو ثانيه نيز حساس است. نتيجه فعاليت اين پژوهشگران در شماره آينده نشريه اپلايد فيزيكس (Applied Physics) منتشر مي شود. دستاوردهاي دكتر كراوس محصول فرعي بررسي هاي او در مورد اربيتال هاي الكتروني موجود در اطراف هسته هاي اتمي است.

تئوري هاي كوانتومي پيشگويي هاي دقيقي در مورد انرژي اين اربيتال هاي اتمي انجام مي دهد و دكتر كراوس سرگرم بازنگري در مورد صحت اين پيشگويي ها است و در نتيجه اين پژوهش ها مشخص شد كه پيشگويي ها صحت دارد.

وي براي اندازه گيري انرژي اين اربيتال ها از دو پالس نورليزر متوالي كه طول عمر هر كدام 250 آتوثانيه بود، استفاده كرد. اولين پالس نور كه به اربيتال ها برخورد كرد، باعث شد كه الكترون ها از اربيتال جدا شود. پالس دوم نور اين الكترون هاي جدا شده را متفرق ساخت.

پديده تفرق باعث شد كه اندازه حركت الكترون هاي تفرق يافته تغيير كند كه اين تغيير در اندازه حركت به اربيتال الكتروني اوليه مربوط مي شود. اندازه حركت (momentum) به صورت حاصلضرب جرم در سرعت تعريف مي شود، اما از آنجايي كه تمام الكترون ها جرم برابر دارند، اندازه گيري سرعت حركت الكترون ها كفايت مي كند.

هر چند فقط اندازه گيري سرعت الكترون ها براي محاسبه انرژي كافي است، اما همين اندازه گيري سرعت نيز بسيار دشوار است. وي براي انجام اين اندازه گيري ها زمان رسيدن الكترون هاي مختلف را با استفاده از ابزاري كه آشكارساز صفحه اي چند كاناله (multi channel plate detector) ناميده مي شود، استفاده كرد. براي اجتناب از ثبت دو الكترون به جاي يكي، لازم بود كه با دقت هر چه تمام تر الكترون ها جدا از يكديگر آشكارسازي شوند. در اين مورد به خصوص «با دقت هر چه تمام تر» به معني اندازه گيري در مقياس 100 آتوثانيه است و اين گفته به آن معني اصل عدم قطعيت هايزنبرگ محدوديت هاي فراواني ايجاد مي كند (اصل عدم قطعيت هايزنبرگ مي گويد دقت در اندازه گيري زمان توسط دقت اندازه گيري انرژي محدود مي شود.)ووي مي تواند با اندازه گيري دقيق پالس هاي تفوق يافته به هدف خود يعني اندازه گيري زمان در محدوده اصل عدم قطعيت دست يابد.دكتر كريكهيد و همكارانش اهداف عيني تري در سر داشتند كه البته انجام آن نيز بسيار دشوار است: تشخيص ويروس ها با توزين آنها. انواع مختلف ويروس ها وزن هاي متفاوتي دارند، اما وزن يك نوع ويژه از ويروس ها با هم برابر است.

دكتر كريكهيد ترازو هاي دقيق خود را از بلور هاي سيليسيم ساخته است. آنان با استفاده از پرتو هاي الكتروني بلور ها را به گونه اي تراش دادند كه زائده اي از سطح بلور بيرون بيايد (چاقويي را در نظر بگيريد كه تيغه آن در سطح چوب فرو رفته باشد.) جسمي را در انتهاي اين زائده قرار دهيد. مشاهده مي كنيد كه زائده خم مي شود.

در اين حالت زائده به ارتعاش درمي آيد كه فركانس ارتعاش آن به وزن جسمي كه به آن متصل شده است بستگي دارد. گروه كريكهيد فركانس ارتعاش ها را اندازه گيري كرد. البته در اين آزمايش ها دكتر كريكهيد به جاي اندازه گيري وزن ويروس هاي واقعي، وزن ذره هاي كوچكي از طلا را اندازه گيري كرد. كوچك ترين اين ذرات حدود 39/0 آتوگرم وزن داشت كه تقريباً برابر با وزن ده هزار اتم است. اين سطح از حساسيت براي تشخيص ويروس ها كافي است، اما دكتر كريكهيد اندازه گيري ها را در اين سطح متوقف نكرده است. وي انتظار دارد با اصلاح بيشتر اين سيستم اندازه گيري، بتواند يك زپتو گرم را كه برابر است با يك هزارم آتوگرم اندازه گيري كند. به نظر مي رسد دانش بشري از نانوتكنولوژي نيز فراتر رفته و دوره زپتو تكنولوژي فرارسيده است.


Economist , 24 Feb . 2
004

منبع :www.sharghnewspaper.com