لینک دانلـــود

پژوهشگران دانشگاه راچستر به موفقیت اپتیکی بزرگی دست یافته اند که به آن ها این امکان را می دهد که تمام داده های مربوط به یک تصویر را در یک فوتون به رمز در آورند، تصویر را برای ذخیره سازی، کند کرده و سپس آن را دست نخورده باز یابی کنند. در حالی که تصویر آزمون اولیه فقط از چند صد پیکسل تشکیل شده بود ، با روش جدید می توان مقدار عظیمی از اطلاعات را ذخیره کرد .

اولین تصویری که در یک فوتون ذخیره و بازیافت شده است

 لینک دانلود

Around the world, students learn about the wave nature of light through the interference patterns of “Young’s double-slit experiment,” first performed more than 200 years ago and still considered among the most beautiful physics experiments. Using an analogous experiment, researchers at Brown and Stanford have shown that a simple analytical model can describe the wave nature of surface plasmon polaritons. Their work suggests that plasmonic devices cannot easily circumvent the limitations of electromagnetic waves.

Using a laser-cooling technique that could one day allow scientists to observe quantum behavior in large objects, MIT researchers have cooled a coin-sized object to within one degree of absolute zero.

This study marks the coldest temperature ever reached by laser-cooling of an object of that size, and the technique holds promise that it will experimentally confirm, for the first time, that large objects obey the laws of quantum mechanics just as atoms do.

Although the research team has not yet achieved temperatures low enough to observe quantum effects, 'the most important thing is that we have found a technique that could allow us to get (large objects) to ultimately show their quantum behavior for the first time,' said MIT Assistant Professor of Physics Nergis Mavalvala, leader of the team.

The MIT researchers and colleagues at Caltech and the Albert Einstein Institute in Germany will report their findings in an upcoming issue of Physical Review Letters.

Quantum theory was developed in the early 20th century to account for unexpected atomic behavior that could not be explained by classical mechanics. But at larger scales, objects' heat and motion blur out quantum effects, and interactions are ruled by classical mechanics, including gravitational forces and electromagnetism.

MIT researchers have developed a technique to cool this

dime-sized mirror (small circle suspended in the center o

f large metal ring) to within one degree of absolute zero

'You always learn in high school physics that large objects don't behave according to quantum mechanics because they're just too hot, and the thermal energy obscures their quantum behavior,' said Thomas Corbitt, an MIT graduate student in physics and lead author of the paper. 'Nobody's demonstrated quantum mechanics at that kind of (macroscopic) scale.'

To see quantum effects in large objects, they must be cooled to near absolute zero. Such low temperatures can only be reached by keeping objects as motionless as possible. At absolute zero (0 degrees Kelvin, -237 degrees Celsius or -460 degrees Fahrenheit), atoms lose all thermal energy and have only their quantum motion.

In their upcoming paper, the researchers report that they lowered the temperature of a dime-sized mirror to 0.8 degrees Kelvin. At that temperature, the 1 gram mirror moves so slowly that it would take 13 billion years (the age of the universe) to circle the Earth, said Mavalvala, whose group is part of MIT's LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) Laboratory.

The team continues to refine the technique and has subsequently achieved much lower temperatures. But in order to observe quantum behavior in an object of that size, the researchers need to attain a temperature that is still many orders of magnitude colder, Mavalvala said.

To reach such extreme temperatures, the researchers are combining two previously demonstrated techniques-optical trapping and optical damping. Two laser beams strike the suspended mirror, one to trap the mirror in place, as a spring would (by restoring the object to its equilibrium position when it moves), and one to slow (or damp) the object and take away its thermal energy.

Combined, the two lasers generate a powerful force--stronger than a diamond rod of the same shape and size as the laser beams--that reduces the motion of the object to near nothing.

Using light to hold the mirror in place avoids the problems raised by confining it with another object, such as a spring, Mavalvala said. Mechanical springs are made of atoms that have their own thermal energy and thus would interfere with cooling.

As the researchers get closer and closer to reaching the cold temperature they need to see quantum behavior, it will get more difficult to reach the final goal, Mavalvala predicted. Several technical issues still stand in the way, such as interference from fluctuations in the laser frequency.

'That last factor of 100 will be heroic,' she said.

Once the objects get cold enough, quantum effects such as squeezed state generation, quantum information storage and quantum entanglement between the light and the mirror should be observable, Mavalvala said.

Other authors on the paper are Christopher Wipf, MIT graduate student in physics; David Ottaway, research scientist at MIT LIGO; Edith Innerhofer (formerly a postdoctoral fellow at MIT); Yanbei Chen, leader of the Max Planck (Albert Einstein Institute) group; Helge Muller-Ebhardt and Henning Rehbein, graduate students at the Albert Einstein Institute; and research scientists Daniel Sigg of LIGO Hanford Observatory and Stanley Whitcomb of Caltech.

The research was funded by the National Science Foundation and the German Federal Ministry of Education and Research.

همانطور که می دانید لیزرها در ماموریت های فضائی استفاده های جدیدی پیدا کرده اند و برای بررسی یک موضوع خاص لیزرها می توانند در وسیله ای به نام طیف سنج مورد استفاده قرار گیرند

یکی از کاربردهای طیف سنج، استفاده از آن برای تشخیص ترکیبات شیمیائی به وسیله نور است . به بیان دیگر وقتی پرتوی نوری از میان یک گاز عبور می کند گاز مورد نظر بر طول موج آن اثرات خاصی می گذارد . برای نمونه گازهای زیادی هستند که طول موج های مختلفی از نور را در خود جذب می کنند ؛ بنابراین نوری که از گاز عبور می کند، می تواند یک انگشت نگاری منحصر به فرد از آن گاز باشد و به کمک طیف سنج می توانیم به تشخیص نوع گاز مورد نظر بپردازیم.

وقتی یک طیف سنج نور خورشید از بالای یک شهر جذب می کند می توان تشخیص داد که هوای یک شهر شامل چه گازهایی است یا میزان آلودگی هوای آن شهر را بررسی کرد .

در حال حاضر نوع ویژه ای از طیف سنج لیزری می تواند به همه طرف پیش روی کند و میزان دقیق گاز موجود را اندازه بگیرد .

حال به نظر شما مثلا این وسیله چه طور می تواند آثار حیات روی مریخ رو جست و جو کند؟ بله درسته ... یکی از راه ها برای جست و جوی حیات گاز متان است .

متان گازی است که توسط موجودات زنده مثل باکتری ها ساخته می شود . حتی مقدار کمی از متان

بر روی مریخ می تواند به این معنی باشد که برخی موجودات زنده در آن به خوبی و خوشی زندگی می کنند .

شایان به ذکر است که دانشمندان طیف سنج های ویژه ای را به عنوان قسمتی از یک مریخ نورد یا مامور سیار به مریخ می فرستند .

دانشمندان بر این باورند که فقط گاز ،طول موج ویژه ای از نور را جذب می کند ... بنابراین مانند تنظیم صدا در یک ایستگاه رادیوئی ،دانشمندان نیز طیف سنج های لیزری خود را روی آن طول موج خاص تنظیم می کنند

لیزر طیف سنج با پرتوی خود یک سنگ را در فاصله دوری از مریخ نورد نشانه می رود و پرتوی خود را به آن گسیل می کند. این پرتو با فشار از میان هوای مریخ عبور کرده و به سنگ برخورد می کند و سپس باز می گردد. در نهایت این پرتوی برگشتی به چشم طیف سنج باز می گردد .

اگر در برگشت نور لیزر گسیل شده از سنگ نسبت به حالت قبل ضعیف تر شده باشد به این معنی است که متان موجود در هوای مریخ ، مقداری از انرژی این پرتو لیزر با طول موج مخصوص را جذب کرده است و مقدار انرژی جذب شده توسط متان نشان دهنده میزان متان موجود است .

یک لیزر ویژه :

ناسا در حال فرستادن یک طیف سنج لیزری مخصوص به مریخ در سال 2009 است که "طیف سنج لیزری تنظیمی" نام دارد و این طیف سنج یکی از ابزارهای مریخ نورد سیار " آزمایشگاه علمی مریخ " خواهد بود .

در این طیف سنج از سه نوع لیزر استفاده شده است ؛ این طیف سنج در طول موج های مشخصی برای تشخیص گازها مانند گاز متان  استفاده می شود . این طیف سنج بسیار کوچک و سبک و حساس است و می توان گفت که این طیف سنج وسیله ای ایده آل برای ماموریت های فضائی به مریخ و سایر سیارات خواهد بود .

از این طیف سنج در کره خاکی خودمان هم می توانیم استفاده کنیم :

-- کمک کردن به پزشکان برای تشخیص بیماری ها

-- قسمتی از سیستم های کنترلی گردشی برای جلوگیری از تصادفات اتومبیل ها

A new sensor that measures the motion created by sound waves under water could allow the U.S. Navy to develop compact arrays to detect the presence of enemy submarines. These new arrays would detect quiet underwater targets, while also providing unambiguous directional information.

Using optical fibers, researchers at the Georgia Institute of Technology have found a way to create a sensor that detects the direction from which a sound is coming under water. This directional component is an important improvement over the current technology, researchers said.

Using optical fibers, researchers at

the Georgia Institute of Technology

have created a sensor that detects

the direction from which a sound

is coming under water—an important

improvement over current technology.

“Detecting quiet sounds under water can be very difficult,” said Francois Guillot, a research engineer in Georgia Tech’s George W. Woodruff School of Mechanical Engineering. “But our sensor detects small sounds over the noise of the ocean and also provides directional information.”

The sensor uses a mechanism inspired by how fish hear under water. Inside a fish’s ear, there are thousands of tiny hairs that move when a sound wave passes through the fish. These hairs then communicate with nerves allowing fish to hear under water. Because fish excel at detecting sound so they don’t get eaten, the Georgia Tech researchers chose the fish hearing system as their model, they said.

Guillot described the novel underwater sensor late last fall at the 4 th joint meeting of the Acoustical Society of America and the Acoustical Society of Japan in Honolulu, Hawaii. His presentation was part of a session titled “Underwater Acoustics: Array Processing, Sensors, and Technology.”

In the field of underwater acoustics, there is always a need to develop more sophisticated sensors, researchers said. The Navy currently tows long lines of hydrophones to listen to sound under water -- much like a microphone listens to sound in the air. A hydrophone measures the pressure change associated with the propagation of a sound wave. It converts acoustic energy into electrical energy and is used in passive underwater systems to listen only. One hydrophone identifies a sound nearby, and multiple hydrophones can help tell the direction from which it’s coming.. But directional ambiguity exists. A line array of hydrophones cannot tell if the sound is coming from the left or right.

Guillot and collaborators David Trivett, a principal research scientist, and Peter Rogers, a professor -- both in the School of Mechanical Engineering -- have developed a more compact, more sensitive sound detector that can provide unambiguous directional information. In addition, the sensor can be modified to measure the water deformation, known as shear, associated with a sound wave -- a quantity typically difficult to measure because it requires very sensitive instruments. This new sensor shows promise that it can be successfully modified to detect this acoustic shear, which will enhance the directional information, the researchers said.

The sensor is designed with two small plates attached by a hinge. One plate is held rigidly, and the other plate -- made of a composite material with the same density as water -- is free to move. The freely moving plate shifts in the sound field and follows the motion of water. A light signal sent through an optical fiber glued to both plates is modified by the motion of the freely moving plate. Analyzing the light signal with a photodetector provides information relative to the sound waves.

The sensor developed at Georgia Tech offers advantages over existing systems, researchers said. Guillot hopes the new sensor changes the way the Navy detects sound under water.

“If the Navy tows an array of hydrophones thousands of feet long, it makes it difficult to maneuver the ship,” Rogers said. “Since we can cut that length by a factor of more than five, it will cost less money to operate and be easier to handle.”

The current prototype sensor has been tested in the School of Mechanical Engineering’s large underwater acoustic tank facility to observe the behavior of the sensor under water. The facility includes a rectangular concrete water tank 25 feet deep, 25 feet wide and 34 feet long; it contains about 160,000 gallons of water. The researchers hope to field test the prototype system soon to see if it outperforms current technology.

 GAITHERSBURG, Md., Jan. 2, 2007 -- Conventional ways of purifying carbon nanotubes -- necessary if they are to be used in the future as ultrastrong fibers, electrical wires in molecular devices or hydrogen fuel cell components -- are expensive processes that often result in some tubes being damaged or destroyed. Now a simpler method has been discovered that safely cleans the tubes by zapping them with carefully calibrated laser pulses. 

When carbon nanotubes -- the cylindrical form of the fullerene family -- are synthesized by any of several processes, a significant amount of contaminants such as soot, graphite and other impurities also is formed. Purifying the product is an important issue for commercial application of nanotubes.

Before (top) and after electron microscope images of a pyroelectric detector coated with single-walled nanotubes (SWNTs) visually demonstrate the effect of the laser cleaning process. In addition, the SWNTs look visibly blacker after laser treatment, suggesting less graphitic material and increased porosity. (Images: NIST)

In a forthcoming issue of Chemical Physics Letters, a research team from the National Institute of Standards and Technology (NIST) in Gaithersburg and the National Renewable Energy Laboratory (NREL) in Golden, Colo., describes how pulses from an excimer laser greatly reduce the amount of carbon impurities in a sample of bulk carbon single-walled nanotubes without destroying the tubes.

Both visual examination and quantitative measurements of material structure and composition verify that the resulting sample is "cleaner." The exact cleaning process may need to be slightly modified depending on how the nanotubes are made, the authors note. But the general approach is simpler and less costly than conventional "wet chemistry" processes, which can damage the tubes and also require removal of solvents afterwards.

"Controlling and determining tube type is sort of the holy grail right now with carbon nanotubes. Purity is a key variable," said NIST physicist John Lehman, who leads the research. "Over the last 15 years there's been lots of promise, but when you buy some material you realize that a good percentage of it is not quite what you hoped. Anyone who thinks they're going into business with nanotubes will realize that purification is an important -- and expensive -- step. There is a lot of work to be done."

The new method is believed to work because, if properly tuned, the laser light transfers energy to the vibrations and rotations in carbon molecules in both the nanotubes and contaminants. The nanotubes, however, are more stable, so most of the energy is transferred to the impurities, which then react readily with oxygen or ozone in the surrounding air and are eliminated.

Success was measured by examining the energy profiles of the light scattered by the bulk nanotube sample after exposure to different excimer laser conditions. Each form of carbon produces a different signature. Changes in the light energy as the sample was exposed to higher laser power indicated a reduction in impurities. Before-and-after electron micrographs visually confirmed the initial presence of impurities (i.e., material that did not appear rope-like) as well as a darkening of the nanotubes post-treatment, suggesting less soot and increased porosity.

The researchers developed the new method while looking for quantitative methods for evaluating laser damage to nanotube coatings for next-generation NIST optical power measurement standards. The responsivity of a prototype increased five percent after the nanotube coating was cleaned, the scientists said.

آيا تا کنون به تفاوتها و تشابهات صوت و ديگر امواج مکانيکي فکر کرده ايد؟

پژواک:

انعکاس امواج صوتي بر روي محيطي که دانسيته آن از هوا زيادتر باشد. قله ها، کمر کوهها، ديوارهاي بلند، کناره جنگلها و ابرها، توليد پژواک مي نمايند. براي اينکه پژواک يا صداي منعکس خوب و قوي و واضح باشد بايد سطح منعکس کننده نسبت به طول موج بزرگترباشد. در غير اينصورت انرژي صوتي در تمام فضا پراکنده شده پژواک را خفيف و غيرواضح مي نمايد. همچنين هر اندازه سطح منعکس کننده نسبت به هوا سخت تر و فرکانس صوت بيشتر و مدت صوت کوتاهتر باشد باز پديده پژواک واضح تر خواهد بود. علت وجود پژواک: وقتي ما صوتي را مي شنويم احساسات شنيدني تا يک دهم ثانيه پس از موقوف شدن صدا در اعصاب گوش ما باقي مي مانند. نتيجه اين خاصيت اين است که هرگاه فاصله زماني صوت اصلي و صوت منعکس يک دهم ثانيه و يا بيشتر باشد، صداي اصلي و صداي منعکس يا پژواک را جداگانه مي شنويم.

سايه صوت:

مي دانيم که صوت و نور هر دو پديده موجي هستند و آنچه را که در مورد امواج نوري مشاهده مي کنيم در مورد امواج صوتي نيز قابل مشاهده است. از جمله چيزهايي که وجودش در مورد امواج نوري به خوبي قابل رويت و مشاهده است، سايه نور است. در صورتيکه در مورد امواج صوتي معمولا سايه واضح ديده نمي شود. علت حقيقي اين امر اين نيست که امواج صوتي در برخورد به مانع توليد سايه نمي کنند، بلکه در عمل مانعي که نسبت به طول موج صوت بزرگ باشد، در دسترس ما نيست. طول موج نور در حدود اعشار "مو " مي باشد. بنابراين هر گونه مانعي ولو کوچک، ابعادش نسبت به طول موج نور بينهايت بزرگ است. (ابعاد در، ديوار، پرده و ... هر کدام ميليونها برابر بزرگتر از طول موج نور مي باشد.) ولي در مورد طول موج صوت، طول موج صداهاي انساني در حدود متر است. (براي حرف زدن معمولي مردان طول موج از 2.5 تا 3 متر و براي حرف زدن معمولي زنها از 1.2 تا 1.5 متر تغيير مي کند.) بنابراين مثلا ديواري که ارتفاع ده متر داشته باشد نسبت به طول موج چندان بزرگ نيست.

تفرق:

وقتي امواج صوتي به جدار محکمي که در آن سوراخي تعبيه شده است برخورد کنند قسمتي از امواج که به سطح ديوار برمي خورند منعکس مي گردند و قسمت ديگر که به لبه جدار و به سوراخ برمي خورند ممکن است تفرق پيدا نمايند. دو حالت در نظر مي گيريم: طول موج نسبت به قطر سوراخ بزرگ باشد. طول موج نسبت به قطر سوراخ کوچک باشد. تمام صوتهاي مهم طبيعي را ممکن است به سه دسته گفتار (speech)، موسيقي (hearing) و نوفه (noise) تقسيم کرد. شنوايي روش طبيعي دريافت اين گونه صوتهاست و مخصوصا آخرين مفهوم، بيشتر ادوات آکوستيکي که شامل توليد مصنوعي صوت نيز هست به شنوايي ختم مي گردد.

مکانيزم صوت:

انرژي آکوستيکي که همراه گفتار است در ماهيچه هاي سينه منشاء مي گيرد. اين ماهيچه ها هنگام انقباض، هوا را از ششها به سوي اجزاي مختلفي که مکانيزم صوتي را تشکيل مي دهند روانه مي سازند. اين جريان دائم هوا را مي توان حامل انرژيي دانست که بايد از حيث سرعت و فشار براي توليد صوت، مدوله (modulate) شود. اين مدولاسيون لازم به يکي از دو طريق اساسي که به توليد صوتهاي با صدا، بي صدا منجر مي شود انجام مي گيرد. صوت با صدا شامل حرکات حروف مصوت گفتار معمولي و همچنين آهنگهاي مخصوص صداهاي آوازه خواني است. عامل اصلي مدولاسيون صوتهاي صدادار ناي است که تارهاي صوتي در عرض آن کشيده شده اند. تارهاي صوتي تشکيل يافته اند از دو نوار پرده مانند که ديافراگمي شکاف دار را درست مي کنند و بواسطه باز و بسته شدن اين شکاف در اثر ارتعاش جريان هوا مدوله مي شود. طول سوراخ وسط ديافراگم که هنگام عمل به شکاف تبديل مي گردد (در مردانcm 2.5 و در زنان1.5cm) و کششي که تارهاي صوتي با آن کشيده مي شوند فرکانس اصلي مدولاسيون را معين مي کند. عمل تارهاي صوتي اين است که تغييرات سرعت و فشار جريان مدولاسيون را به شکل منحني دندانه اره اي در مي آورد. وقتي منحني دندانه اره اي را يه کمک سري فوريه تجزيه کنيم ديده مي شود که عده زيادي هارمونيکهايي که از حيث فرکانس با هم ارتباط دارند در آن منحني قرار گرفته اند.

زنش صوت:

انسان صداها را مي شنود. چون صداها به گوش او ضربه وارد مي کنند. امواج صوتي مانند امواج اقيانوسها هستند. هر دو فرکانسهاي معيني دارند. امواج صوتي در برخورد با موجهاي ديگر پس زده نمي شوند بلکه با آنها مخلوط ميشوند. اگر دو موج داراي دامنه اي با علامت يکسان (هر دو منفي يا هر دو مثبت) باشند، "تداخل سازنده" را به وجود مي آورند و اگر برخلاف هم باشند، "تداخل ويرانگر" خواهد بود. امواج صوتي اگر داراي دامنه بزرگتري باشند، بلندتر شنيده ميشوند و اگر دامنه آنها کمتر باشد، آرامتر. تداخل سازنده، صداها را بلندتر و تداخل ويرانگر صداها را آرامتر به وجود مي آورند. دو موج که با هم جمع مي شوند ممکن است فرکانسهاي متفاوتي داشته باشند. اين بدان معني است که قله ها و شکمها همديگر را تقويت نمي کنند. زيرا يکي از موجها سريعتر از موج ديگر حرکت مي کند. بنابراين قسمتي از موج به صورت سازنده بر هم نهاده مي شود و قسمت ديگر به صورت ويرانگر. اين امر در فيزيک و موسيقي به پديده زنش معروف است. انسان زنش را وقتي احساس مي کند که دو آلت موسيقي نت يکساني را مي نوازند، اما نه دقيقا در يک زمان. موسيقيدانان از پديده زنش براي کوک کردن آلات موسيقي استفاده مي کنند.
کوک کننده هاي پيانو به دياپازون يک ضربه مي زنند و سپس يک نت پيانو را مي نوازند. اگر آنها زنش را بشنوند متوجه خواهند شد که بايد تار را براي نت تنگتر و يا گشادتر کنند. هنگاميکه زنش ناپديد مي شود، نت کوک شده است. اين پديده چيزي است که با استفاده از آن دوپلر توانست اظهار کند که فرکانس شيپور در حال حرکت قطار تغيير مي کند. او توانسته بود زنش را بشنود.

تعريف موسيقي:

موسيقي هنر بيان احساسات به وسيله صداهاست. مهمترين عوامل تشکيل دهنده موسيقي صدا و وزن هستند. صدا نتيجه حرک ارتعاشي است که به وسيله گوش احساس مي شود. صداهايي که داراي ارتعاشات نامنظم باشند، صداهاي غيرموسيقي و آنهايي که پريوديک هستند و ارتعاشات منظم دارند، صداهاي موسيقي ناميده مي شوند.
نت: علامتي است که به وسيله آن صداهاي موسيقي نوشته و اجرا مي شوند. نتهايي که در موسيقي به کار مي روند، هفت نام مختلف دارند:
دو – ر – مي – فا – سل – لا – سي
در انگلستان و امريکا و آلمان A به جاي لا، B به جاي سي، C به جاي دو، D به جاي ر،E به جاي مي، F به جاي فا، G به جاي سل کاربرد دارد. با اين تفاوت که در آلمان B معرف سي بمل، و H معرف سي است.
وزن: منظور از وزن در موسيقي به کار بردن صداها و سکوتها با امتدادهاي گوناگون است که از نظر زمان با يکديگر متناسب باشند.
ميزان: هر قطعه موسيقي از نظر زمان به قسمتهاي مساوي تقسيم مي شود، که هر يک از آن قسمتها را ميزان و خط قائمي که آنها را از يکديگر جدا مي کند، خط ميزان گويند. ضرب: هر ميزان ممکن است از دو يا سه يا چهار قسمت مساوي تشکيل شود که آن قسمتها را ضرب گويند.