افزایش همدوسی کوانتومی در باکتری‌ توسط پروتئین‌ها

پژوهش‌گران با بررسی گونه‌ای باکتری دریافتند که ارتعاشات مولکولی نه‌تنها همدوسی کوانتومی را از بین نمی‌برد، بلکه به آن تداوم بخشیده و حتی آن را بازسازی می‌نماید. نظریه‌ی جدیدی از چگونگی فوتوسنتز گیاهی شامل همدوسی کوانتومی، توسط فیزیکدانانی در انگلستان، آلمان و اسپانیا نشان داده شده است. این پژوهش بر مبنای مطالعه‌ی موجوداتی است که در اعماق دریا زندگی می‌کنند و قادرند نور خورشید را به انرژی تبدیل کنند. بر طبق این مطالعه ارتعاشات مولکولی، همدوسی را از بین نمی‌برد – همان‌طور که قبلاً تصور می‌شد- بلکه به آن تداوم بخشیده و حتی آن را بازسازی می‌نماید. این کشف درک بهتری را از این موضوع فراهم می‌کند که چطور 99٪ انرژی خورشید توسط سلول‌های فوتوسنتز جذب شده و سپس با موفقیت به مکان‌هایی در این سلول‌ها که انرژی الکتریکی را به انرژی شیمیایی تبدیل می‌کنند، انتقال می‌یابد. این کار این امکان را فراهم می‌کند که در طراحی دستگاه‌های کوانتومی از طبیعت الهام گرفته شود.

 

تا این اواخر تصور می‌شد که سیستم‌های زنده بسیار گرمتر و مرطوب‌تر از آنی هستند که به ویژگی‌های ظریف کوانتومی مانند درهم‌تنیدگی (entanglement) و همدوسی بستگی داشته باشند. مشکل اینجاست که این ویژگی‌ها به سرعت از طریق برهم‌کنش‌های تصادفی با عوامل دنیای بیرونی، مانند مولکول‌های مرتعش از بین می‌روند. با این وجود در طی چندین دهه‌ی گذشته، فیزیکدانان در ویژگی‌های کوانتومی که نقش مهمی در فرآیندهای بیوشیمیایی ایفا می‌کنند از جمله فوتوسنتز شروع به شک کردند. این پژوهش توسط الکس چین و همکارانش از مؤسسه‌ی فیزیک نظری در Ulm آلمان و دانشگاه فنی کارتاگنا (Technical University of Cartagena) انجام شده است. این تیم موجودات زنده‌ای به نام باکتری‌های گوگود سبز که 2000 متر زیر سطح اقیانوس زندگی می‌کنند را مورد بررسی قرار داد. نور خورشید در آن جا بسیار کم است به گونه‌ای که این باکتری‌ها نمی‌توانند یک فوتون آزاد کنند و بنابراین همه‌ی نور خورسیدی که توسط آن‌ها جذب می‌شود، به غذا تبدیل می‌گردد.

 حالت‌های برانگیخته

هنگامی که نور خورشید به سطح گیاه برخورد می‌کند، انرژی از طریق زنجیره‌ای از رنگدانه‌ها به مرکز واکنش منتقل می‌شود که در آن‌جا به انرژی شیمیایی تبدیل می‌شود. این رنگدانه‌ها در محل توسط پروتئین‌ها نگه داشته می‌شوند و با یکدیگر ترکیبات پروتئین-رنگدانه (PPCs) را ایجاد می‌کنند. PPCs به طور مؤثری به عنوان راهرو عمل می‌کند و انرژی، خود به شکل حالت‌های برانگیخته مولکولی یا برانگیزان (exciton) عبور می‌کند. این برانگیزان‌ها قادرند در امتداد PPC با پرش از مولکولی به مولکول مجاور حرکت کنند.  در سال 2007 گراهام فلمینگ و همکارانش نشان دادند که این برانگیزان‌ها همدوسی کوانتومی را به نمایش می‌گذارند که بدان معنی است که آن‌ها ممکن است به طور هم‌زمان در برهم‌نهی چندین حالت کوانتومی با احتمالات متفاوت وجود داشته باشند. همدوسی هم‌چنین به برانگیزان اجازه می‌دهد تا مسیرهای مختلفی را در یک زمان به سمت مرکز واکنش بپیماید. سرانجام با انتخاب سریعترین راه، کارآمدترین مسیر مشخص می‌شود. همان‌طور که در سلول‌های خورشیدی ساخت بشر (که به برانگیزان‌ها بستگی دارند) نشان داده شده است که هرچه مسیر طولانی‌تر باشد، احتمال آنکه انرژی قبل از رسیدن به مقصد پراکنده شود، بیشتر می‌شود.

بهینه‌سازی عملکرد

وجود اثرات کوانتومی در فوتوسنتز هم فیزیکدانان و هم زیست‌شناسان را غافلگیر کرده است. آنان در حیرت‌اند که چطور یک حالت کوانتومی شکننده (fragile) می‌تواند در یک موجود زنده باقی بماند. به طور خاص‌تر، آن‌ها فهمیدند که حالت‌های همدوسی 100 مرتبه طولانی‌تر از زمان همدوسی حالت‌های انرژی یک برانگیزان است. باید پدیده‌ای به حفظ طولانی‌ مدت این حالت‌های موجی به منظور عبور بی‌خطر تقریباً همه‌ی انرژی فوتون‌هایی که جذب موجود زنده می‌شود، کمک ‌کند. این پژوهش نشان می‌دهد که پاسخ در پروتئین‌های موجود در PPCs نهفته است که از مولکول‌های رنگدانه حمایت ساختاری می‌کنند. محاسبات جدید نشان می‌دهد که این مولکول‌ها در سیستم انتقال سریع‌تر از آنچه که پیشتر تصور می‌شد، عمل می‌کنند. بسامدهای ارتعاش طبیعی پروتئین‌ها با امواج برانگیزان تشدید می‌شوند و مانند پدر یا مادری که فرزندش را تاب می‌دهد، ساختارهای پروتئینی برانگیزان‌ها را بدون میرا کردن در نوسان نگه می‌دارند.

بدون هیچ نوفه‌ای

محاسبات این تیم از تحلیل‌های دقیق ارتعاشات پروتئینی ناشی می‌شود که داده‌های آن مربوط به مارکوس وندلینگ و همکارانش در هلند است که در سال 2000 ساختارهای PPC باکتری‌های گوگرد سبز را بررسی کردند. در تلاش‌های قبلی به منظور مطالعه‌ی ارتعاشات پروتئینی از تقریب‌های ناهموارتری استفاده شده بود و معمولاً نتیجه گرفته می‌شد که ارتعاشات در واقع نوفه بوده‌اند. شناخت این ساختارهای پروتئینی می‌تواند به طراحی دستگاه‌های کوانتومی کمک کند. در صورت استفاده از ساختاری مشابه شاید بتوان بازده‌ی سلول‌های خورشیدی ساخت بشر را افزایش داد.

یک فرضیه‌ی خوب

گرگ شولز از دانشگاه تورنتو در کانادا می‌گوید: «آزمایشات دقیقی لازم است تا این نتایج را تایید کند. این پژوهش کمک مهمی به ما کرده است. چرا که اکنون یک فرضیه داریم و می‌توانیم درستی آن‌را آزمایش کنیم.»

این پژوهش در مجله‌ی Nature Physics منتشر شده است.

لینک مقاله در وبلاگ

داغ‌ترین دمایی که تاکنون اندازه‌گیری شده است، منفی‌ست

فیزیک‌دانان ذراتِ موجود در یک نمونه‌ی گازی را وادار کرده‌اند که بر خلافِ داشتنِ مقادیرِ بسیار زیادی از انرژی، هم‌چنان مقید باقی بمانند. به این ترتیب شمارِ ذراتِ موجود در ترازهای بالاترِ انرژی بیش از شمارِ آن‌ها در ترازهای پایین‌تر است و این به این معناست که دمای این نمونه‌ی گازی در مقیاسِ کلوین، زیرِ صفرِ مطلق است.

گرچه متناقض به نظر می‌آید، اما پژوهش‌گران با سردکردنِ یک نمونه‌ی گازی و رساندنِ دمای آن به مقادیرِ منفی در مقیاسِ کلوین، توانسته‌اند بالاترین دمایی را که تابه‌حال اندازه‌گیری شده است، ثبت کنند. این پژوهش که چهارم ژانویه در مجله‌ی Science به چاپ رسیده به فیزیک‌دانان کمک می‌کند که در موردِ پدیده‌های کوانتومی و یا حتی شکلِ ناشناخته‌ای از انرژی که بر کیهان حکم‌فرمایی می‌کند (انرژیِ تاریک)، بیش‌تر بیاموزند. منفی‌بودنِ دمای یک سامانه در مقیاسِ کلوین نشان‌دهنده‌ی حالتی‌ست که در آن، شمارِ ذراتِ موجود در حالت‌هایی با انرژیِ بالاتر، بیش‌تر از ذراتی‌ست که در حالت‌هایی با انرژیِ پایین‌تر هستند.

همان‌گونه که آخیم رُش (Achim Rosch)، فیزیک‌دانی از دانش‌گاهِ کُلنِ آلمان که در این کارِ پژوهشی هم‌کاری نداشته توضیح می‌دهد: "ما همواره به دماهایی با اندازه‌ی مثبت عادت داریم، درحالی‌که هیچ مانعی برای منفی‌بودنِ دما وجود ندارد. انجامِ کارهای نامعمول همواره جذاب است". معمولا دما را به عنوانِ سنجه‌ای برای اندازه‌گیریِ میانگینِ انرژیِ ذراتِ موجود در یک نمونه تعریف می‌کنیم. به عنوانِ مثال، انرژیِ مولکول‌های آب که در دیگی جوشان قرار دارند به طورِ میانگین، بیش‌تر از انرژیِ مولکول‌های آبی راکد است که در یک مکعبِ یخی قرار دارد. اما برای دانش‌مندانی که مواد را در مقیاس‌های کوانتومی بررسی می‌کنند، دما به عنوانِ سنجه‌ای برای چگونگیِ توزیعِ انرژی میانِ ذراتِ موجود در یک نمونه تعریف می‌شود. درست در دمایی کمی بالاتر از صفرِ مطلق (صفرِ کلوین یا 273- درجه‌ی سلسیوس) تقریبا همه‌ی ذرات موجود در یک نمونه، انرژی‌شان بسیار نزدیک به صفر است و ذرات تنها دارای جنبش‌های بسیار اندکی هستند. اما با افزایشِ دما، تفاوتِ میانِ انرژیِ ذراتِ موجود در نمونه نیز افزایش می‌یابد، برخی از ذرات هم‌چنان انرژیِ بسیار اندکی دارند اما ذراتِ دیگرِ نمونه در حالت‌هایی با انرژیِ بیش‌تر قرار می‌گیرند.

اُلریش اِشنایدِر (Ulrich Schneider) یکی از فیزیک‌دانانِ دانش‌گاهِ لودویک ماکسی‌میلیان واقع در مونیخ است که برای انجامِ کاری شگرف، طرحی در دست دارد. او با فریب‌دادنِ ذراتِ موجود در یک نمونه، آن‌ها را وادار کرده که با وجودِ داشتنِ مقادیرِ بسیار زیادی از انرژی، هم‌چنان در حالت‌های مقید باقی بمانند. به بیانِ دیگر، این پژوهش‌گر به جای آن‌که با افزایشِ انرژی، ذراتی که دارای کمینه مقدارِ انرژی هستند (حالتی با دمای صفرِ مطلق) را به حالت‌هایی با انرژیِ بیش‌تر بفرستد، ذراتی با بیشینه مقدارِ انرژی را به میانِ حالت‌هایی با انرژیِ کم‌تر می‌کشاند. بنا به تعریف، چنین نمونه‌ای در مقیاسِ کلوین دارای دمای منفی خواهد بود.

اعضای این گروهِ پژوهشی برای رسیدن به این هدف، ابتدا اتم‌های پتاسیم را تا دمای چند میلیاردیومِ درجه بالای صفرِ کلوین، سرد می‌کنند. سپس با به‌کارگیریِ چند لیزر و آهن‌ربا، اتم‌ها را وادار می‌کنند که به ترازی با انرژیِ بیش‌تر بروند. به این ترتیب Schneider و هم‌کارانش با ایجادِ انبوهی از ذرات که در ترازهایی با انرژیِ بالا نگه‌داشته شده‌اند، این نمونه‌ی گازی را به دمایی در حدودِ چند میلیاردیومِ درجه زیرِ صفر کلوین می‌رسانند. این دما در واقع دمایی زیرِ صفرِ کلوین نیست چراکه بر خلافِ مقیاسِ فارنهایت و سلسیوس (که منفی‌بودنِ دما در آن‌ها به معنیِ سردتر بودنِ سامانه است)، دمایی که در مقیاسِ کلوین منفی‌ست اطلاعاتی درباره‌ی ترازهای انرژیِ ذراتِ موجود در یک سامانه به دست می‌دهد. در واقع نمونه‌ی گازی که توسطِ این گروهِ پژوهشی آماده‌سازی شده، بسیار داغ است چراکه بیش‌ترِ ذراتِ این سامانه در ترازهایی با انرژیِ بالا قرار گرفته‌اند. همان‌گونه که Schneider توضیح می‌دهد: "گرما هم‌واره از جسمِ گرم‌تر به سوی جسمِ سردتر شارش می‌یابد. در این آزمایش نیز شارشِ گرما هم‌واره از نمونه‌ی گازی به سوی محیطِ اطراف است. در حقیقت این نمونه‌ی گازی از هرچه در اطرافِ آن می‌شناسیم، گرم‌تر است".

بر خلافِ آن‌چه تاکنون گفته شد، این آزمایش به‌خودیِ‌خود یک ترفندِ جالبِ فیزیکی نیست. چیزی که توجهِ دانش‌مندان را به بررسیِ مواد در دمای منفی جلب می‌کند، ویژگی‌های شگرفِ دیگری‌ست که این مواد از خود نشان می‌دهند. مولکول‌های موجود در یک نمونه‌ی گازیِ معمولی، هم‌واره در حالِ پخش شدن هستند و به دیواره‌های ظرفی که در آن قرار گرفته‌اند، نیرو وارد می‌کنند. اما یک نمونه‌ی گازی با دمای منفی، دارای فشارِ منفی نیز هست که به این معناست که مولکول‌های چنین گازی به جای آن‌که منبسط شوند، بیش‌تر تمایل دارند روی یک‌دیگر فروبریزند. یافتنِ یک نمونه‌ی گازی با فشارِ منفی ممکن است نقشِ مهمی را در حوزه‌ای دیگر از فیزیکِ کیهانِ پیرامون ما ایفا کند: کیهان‌شناسان بر این باورند که انرژیِ تاریک، پدیده‌ای اسرارآمیز که انبساطِ شتاب‌دارِ کیهان را سبب می‌شود، نیز دارای فشارِ منفی‌ست. Schneider می‌افزاید: "با انجامِ آزمایش‌های هرچه بیش‌تر درباره‌ی دمایِ منفی، که پدیده‌ای کوانتومی‌ست، می‌توان سرشتِ انرژیِ تاریکِ موجود در کیهان را هرچه بهتر شناسایی کرد".

لینک مقاله در وبلاگ

ساخت نانوساختارهای سه‌بعدی با DNA

با ابداع روشی جدید برای ساخت نانوساختارهای سه‌بعدی با استفاده از DNA، دانشمندان به ساخت ابزارهای دقیق‌تری برای حمل دارو، قطعات الکترونیکی و عکسبرداری زیستی نزدیک‌تر شده‌اند.

با سوار کردن «آجرهای» DNA، روش بدیعی برای ساخت نانوساختارهای سه‌بعدی بسیار پیچیده توسط محققان دانشگاه هاروارد ایجاد شده است. آجرها که شبیه تکه‌های کوچک «خانه‌سازی» هستند، قابلیت اتصال به دسته‌ی وسیعی از اشکال و پیکربندی‌ها را دارا هستند؛ بدین معنی که می‌توان از آن‌ها برای ساخت نانوساختارهای دقیق استفاده کرد. ساختارهای حاصل می‌توانند کاربردهایی در ابزارهای پزشکی تحویل دارو در بدن، کاوه‌های عکسبرداری قابل برنامه‌ریزی و حتی ساخت مدار تراشه قدرتمندتر و سریع‌تر داشته باشند.

نانوفناوری DNA اکنون حوزه‌ای ۳۰ ساله است که با ابداع روشی به نام «اوریگامی» جهش قابل ملاحظه‌ای نیز یافته است. این روش که به واسطه هنر ژاپنی "تا زدن کاغذ" نامیده و توسط پائول رودموند در موسسه فناوری کالیفرنیا ۲۰۰۶ ایجاد شده، شامل تا زدن رشته‌های بلند DNA به اشکالی مشخص و با طیفی گسترده است. نانوساختارهای حاصل را می‌توان به عنوان داربست یا تخته‌مدارهای مینیاتوری برای سوار کردن دقیق اجزایی همچون نانولوله‌های کربن و نانوسیم‌ها به کار برد.

اگرچه اوریگامی DNA برای ساخت اشکال دو و سه‌بعدی قوی است اما محدودیت‌های خود را دارد. برای تا زدن DNA باید چند صد «گیره» را به اطراف رشته‌های DNA متصل کرد و هر نانوساختار جدید نیاز به مجموعه جدیدی از گیره‌ها دارد. به‌علاوه، ساختارهای DNA تمایل دارند تا خودشان را به صورت تصادفی روی سطح زیرلایه آرایش دهند، همین امر تجمیع آن‌ها در مدارهای الکترونیکی را دشوار می‌گرداند.

آجرهای سازنده

گروهی به هدایت پنگ یین در هاروارد، در ابتدای امسال روش خودسامان آجرهای DNA را ارایه داد. به جای آغاز از رشته‌های بلند DNA، پژوهشگران موفق به اتصال رشته‌های DNA برای ساخت ساختارهای بزرگتر شدند. در واقع، آن‌ها با کنترل برهمکنش‌های موضعی بین رشته‌ها، رشته‌های کوچک را به «پارچه مولکولی» بدل کردند. این روش مانند هر روش خودسامان DNA دیگر، از این واقعیت بهره می‌برد که چهار جفت پایه در DNA (آدنوسین (A)، تیمین (T)، کیتوسین (C) و گوانین (G)) به شکل طبیعی به نحوی برنامه‌ریزی شده‌اند که به شکلی خاص در کنار هم قرار گیرند: A تنها به T و C تنها به G پیوند می‌خورد. بنابراین گروه قادر بود تا با استفاده از چسباندن آجر DNA با طول ۳۲ پایه بر روی آجر دیگر، مجموعه‌ای از ساختارهای دوبعدی تولید کند.

اشکال سه‌بعدی

اکنون، یین و همکارانش روش خود را به سه‌بعد تعمیم داده‌اند. پژوهشگران با رشته DNA کوتاهتری –با طول پایه ۳۲- آغاز می‌کنند که دارای چهار ناحیه برای پیوند به چهار رشته DNA همسایه است. این آجرها در تمام ۹۰ درجه متصل می‌شوند و بنابراین می‌توان آن‌ها در هر سه جهت – بالا، پایین و بیرون- ساخت تا پارچه مولکولی مکعبی «اصلی» ایجاد شود که حاوی صدها آجر است. در مقایسه با ساختارهای دست‌ساز خانه‌سازی، هر ساختار DNA خودسامان می‌یابد زیرا هر آجر با دنباله‌ای مجزا کد شده که مکان نهایی آن در نانوساختار را مشخص می‌کند. هر دنباله تنها به دنباله‌های مکمل دیگر جذب می‌شود، یعنی با انتخاب دنباله‌های گوناگون می‌توان اشکال مشخصی ساخت. بزرگترین مزیت روش جدید این است که با انتخاب آسان زیرمجموعه‌هایی از آجرهای مشخصِ مکعب اصلی، می‌توان بدون زحمت هر تعداد ساختار را ایجاد نمود. یین می‌گوید: «ما در حال حاضر بیش از ۱۰۰ شکل متفاوت را (با حفره‌ها، کانال‌ها و ویژگی‌های سطحی مختلف) به این طریق ساخته‌ایم که هر کدام از ساختارهای DNA سه‌بعدی دهه اخیر پیچیده‌تر هستند. افزون بر آن، می‌توان آجرهای DNA را اضافه، کم یا اصلاح کرد بدون این که دیگر بخش‌های ساختار متاثر شوند.»

ساختارهای پیچیده

پژوهشگران مدعی هستند که ساختارهای پیچیده ساخته‌شده به روش آن‌ها، به کاربردهای جاری نانوفناوری DNA کمک می‌کنند. یین می‌گوید: «برای مثال می‌توانیم مولکول‌های مهمان در ابزارهای کاری قرار دهیم و آن‌ها را به کاوه‌های مولکولی قابل برنامه‌ریزی، عکسبرداری زیستی و حاملان دارو بدل کنیم. همچنین از این ساختارها می‌توان برای ساخت قطعات توانمند پیچیده غیرزیستی با کاربردهای الکترونیکی و فوتونیکی سود جست.»

ساختارهای آجر DNA کاملا سنتزی هستند در حالی که اوریگامی DNA نیمه زیستی‌اند. این امر گستره کاربردهای ممکن را فراتر می‌برد. یین می‌افزاید: «برای مثال با استفاده از بسپارهای سنتزی به جای شکل طبیعی DNA، شاید بتواینم ساختارهای عملیاتی بسازیم که در محیط‌های متنوع‌تری پایدار هستند.» این گروه اکنون با نگاهی دقیق‌تر به ساختار و طراحی دنباله DNA، سنتز آنزیمی برای رشته‌هایی با کیفیت بهتر و بهینه‌سازی شرایط پردازش، سرگرم ارتقای روش خود است، آن طور که یین می‌گوید: «ما تمایل داریم تا معابر جنبشی در سامانه‌های DNA را بهتر درک کنیم.»

 

لینک مقاله در وبلاگ

تأیید نظریه ابرتقارنی در گرو مشاهدهٔ ذرات با جرم بالا

نبود شواهد مؤید یک نظریه، لزوماً دلیل رد آن نیست. این حرفی است که جان الیس فیزیک‌دان نظری از کالج سلطنتی لندن در تفسیر آخرین داده‌های مربوط به تحقیقات انجام شده برای یافتن نظریه ابرتقارنی می‌گوید؛ ایده‌ای که نزدیک به سی سال است فیزیک‌دانان ذرات بنیادی را به دردسر انداخته است.

اگرچه دانشمندان هنوز مسئله کشف بوزون هیگز را که ماه جولای در آزمایشگاه فیزیک ذرات بنیادی در سرن اعلام شد بررسی می‌کنند، با این حال ذراتی با ویژگی‌های منحصر به فرد بیشتری مورد نیاز است تا درک ما از جهان زیر اتمی کامل شود. با اینکه هیگز آخرین ذره گم‌شده در مدل استاندارد است اما هنوز به خود نظریه مدل استاندارد ایراداتی بنیادی وارد است. برای مثال این نظریه توضیحی برای رفتار چالش‌برانگیز نیروی گرانشی ندارد. همچنین حتی این نظریه نمی‌تواند بگوید ماده تاریک از چه چیزی ساخته شده است و پرسش‌های دیگری که هنوز بدون پاسخ باقی مانده است. در واقع نظریه ابر تقارنی (SUSY) برای هر ذره در مدل استاندارد یک شریک سنگین‌تر پیش‌بینی می‌کند. این نظریه گامی به سوی یک نظریه وحدت یافته جامع‌تر برای توصیف ذرات و نیروها در یک چارچوب مشخص می‌باشد.

هفته گذشته طی کنفرانسی در کیوتو (ژاپن) گروهی از فیزیکدانان که روی آزمایش مربوط به LHCb (یکی از چهار آشکارساز بزرگ در برخورد دهنده بزرگ هادرونی در سرن) کار می‌کنند، نتایج یک جستجو روی ذراتی تحت عنوان «ابر ذره‌» را اعلام کردند. این گروه سرعت واپاشی مزون B_s (متشکل از یک کوارک عجیب و یک آنتی کوارک ته) به زوج میون-آنتی میون را اندازه گیری کرد. این فرآیند بسیار نادر است. تقریباً از ۳۰۰ میلیون مزون B_s  تنها یک مزون به این زوج واپاشی می‌کند. اما به کمک ابر ذرات این نرخ واپاشی تا ۱۰۰ برابر افزایش خواهد یافت.

اگرچه داده‌های بیشتری مورد نیاز است تا که اندازه‌گیری‌ها را تأیید کند اما با این حال گروه  LHCb دریافتند مزون  B_s  طبق پیش‌بینی‌های مدل استاندارد رفتار می‌کند. بعضی افراد گروه ادعا کردند که این نتیجه میتواند به نظریه ابرتقارنی لطمه وارد کند. اما گفتنی است نظریه ابرتقارنی یک موجود بی ثبات است چرا که در حدود ۱۰۰ پارامتر جدید به نظریه مدل استاندارد اضافه می‌کند به نحوی که همگی این پارامترها قابل تنظیم اند. از این حیث به نظر می‌رسد طرفداران این نظریه نگران این موضوع نباشند. ساواس دیموپولوس فیزیک‌دان نظری و پیشگام نظریه ابرتقارنی از دانشگاه استنفورد در کالیفورنیا می‌گوید: طبق گفته مارک توآین اخباری مبنی بر مرگ نظریه ابرتقارنی مبالغه‌ای بیش نیست.

با این وجود برخورد دهنده بزرگ هادرونی این نظریه را بدلیل وجود مشکلاتش درست نمی‌داند. برایان فِلدستین از مؤسسه کاولی در دانشگاه توکیو می‌گوید: به نظر می‌رسد باور و قبول مدل‌های ابرتقارنی دشوار باشد. نتایج آزمایش LHCb پس از غربال‌گری از آشکارسازهای بزرگتر  ATLAS و  CMSبدست می‌آید. این آشکارسازها نشانه‌ای از ابر ذرات از قبیل گلوئینوها و ابرکوارک‌ها مشاهده نکرده‌اند. گفتنی است که این دو آشکارساز حتی یک ذره هم خارج از مدل استاندارد گزارش نکرده‌اند. با بررسی داده‌های به روز از این دو آشکارساز در کیوتو مشخص می‌شود اگر چنین ابر ذراتی وجود داشته باشند سبک‌ترین آن‌ها بایستی جرمی بیش از یک ترا الکترون-ولت داشته باشد.

مطالعه بوزون‌های هیگز نشانه‌های بحث‌برانگیزی برای طرفداران نظریه ابرتقارنی دارد. تا کنون اندازه‌گیری‌های انجام شده روی بوزون‌های جدید (حداقل تا هفته پیش) دقیقاً رفتاری را نشان می‌دهد که مدل استاندارد پیش‌بینی می‌کند بدون اشاره به اینکه هیچ ذره اضافی روی رفتار این بوزون‌ها تأثیر بگذارد. سون هِینمِیر از مؤسسه فیزیک کانتا بریا در اسپانیا می‌گوید: جرم ذره هیگز (۱۲۶ گیگا الکترون-ولت) که توسط نظریه ابرتقارنی پیش‌بینی می‌شود مقداری بزرگ است. او می‌گوید: اگر جرم ذره هیگز طبق این نظریه  ۱۴۰ گیگا الکترون ولت  یا بیشتر می‌بود آنگاه طرح مدل استاندارد ابرتقارنی بدون هیچ امکان برگشتی از بین می‌رفت. هم‌چنین نظریه ابرتقارنی وجود چهار ذره هیگز دیگر با جرم‌های گوناگون را مطرح می‌کند که بایستی کشف شود.

احتمالاً اخبار مسرت‌بخش درباره نظریه ابرتقارنی در ماه مارس خواهد آمد هنگامی که فیزیک‌دانان نتایج‌شان را از روی داده‌های بیشتری (در اثر برخورد باریکه‌های پروتونی تا ۱۷ دسامبر) بیان خواهند کرد. با این حال ابرتقارنی تا سال ۲۰۱۵ معلق باقی خواهند ماند به این دلیل که برخورد دهنده بزرگ هادرونی برای تعمیرات خاموش می‌شود تا مجدد برخورد پروتون‌ها با انرژی ۱۳ ترا الکترون-ولت را مورد بررسی قرار دهد. تاکنون برخوردها در انرژی‌های ۸ الکترون-ولت انجام می‌شود. انرژی‌های بالاتر به کشف ذرات با جرم بیش‌تر کمک می‌کند. با این حال تولید ذرات با جرم‌های چند ترا الکترون-ولت یا بیش‌تر ممکن است برای تولید در برخورد دهنده بزرگ هادرونی، خیلی سنگین باشد.

یکی از جذابیت‌های نظریه ابرتقارنی این است که به حل مشکلی در مدل استاندارد کمک می‌کند. این مدل پیش‌بینی می‌کند که میدان ذرات هیگز (دریای انرژی ناشی از بوزون‌های هیگز ) بایستی  به خاطر افت و خیز‌های ذرات موجود در مدل استاندارد به میزان بالایی بدون ثبات باشند. این یک پیش‌بینی غلط است. با این حال فرض می‌شود ابر ذرات موجود در نظریه ابرتقارنی با حذف افت و خیزها، این مسئله را حل کنند به طوری که به وسیله آن‌ها میدان ذرات هیگز پایدار می‌شود. اگر به گونه دیگر بخواهیم از قدرت این نظریه بگوییم باید اشاره کنیم که چنین ابر ذراتی می‌توانند به قدری سنگین شوند به نحوی که کاندیدای ماده تاریک باشند. این ماده غیر قابل مشاهده است و اخترشناسان باور دارند که این ماده نقش اساسی در شکل‌گیری ساختار کیهان دارد.

اگر بعد از یک یا دو سال دیگر برخورد دهنده بزرگ هادرونی با استفاده از برخوردهای با انرژی بالا نتواند دستاورد مطلوبی داشت باشد، طرفداران نظریه ابرتقارنی احتمالاً اعتمادشان را نسبت به این نظریه از دست خواهند داد. این موضوع آن‌ها را مجبور می‌کند تا حتی بی‌پرواتر به دنبال نظریه دیگری ورای مدل استاندارد بگردند. نظریه پردازی به اسم بن آلاناش از دانشگاه کمبریج می‌گوید: با این حال نظریه ابر تقارنی از حیث تئوری پایدار خواهد ماند. او همچنین می‌گوید: نظریه ابرتقارنی از لحاظ ریاضی و تقارن چنان نظریهٔ قوی می‌باشد که اگر طبیعت از آن استفاده نمی‌کرد تنها یک نظریه بی‌ارزش می‌بود .

لینک مقاله در وبلاگ  

نیروی کازیمیری برای حیات!

شاید اثر کازیمیر را تنها یک اثر کوانتومی بدانیم که در آن افت‌‌و‌خیزهای کوانتومی می‌تواند منجر به نیروی جاذبه بین دو آینه موازی شود. اما اثر کازیمیر یک معادل ترمودینامیکی دارد که به خاطر افت‌‌و‌خیزهای مواد سازنده یک سیال در نزدیکی نقطه بحرانی است. پژوهشی جدید از فیزیکدانان آمریکایی نشان می‌دهد که این نیروهای «کازیمیر بحرانی» بر پروتئین‌های درون غشاهای سلولی وارد و باعث می‌شود تا پروتئین‌ها با یکدیگر تعامل کرده و به محرک‌هایی همچون گرده‌ها پاسخ دهند.

همه سلول‌ها از غشایی پوشیده شده‌اند که حرکت مواد به درون و بیرون ارگانیسم را مدیریت می‌کند. غشاها از مولکول‌هایی ساخته شده‌اند که لیپید نامیده می‌شوند و در واقع پروتئین‌ها در لیپیدها جای گرفته‌اند. در ابتدا تصور می‌شد که لیپیدها کاملا یکنواخت هستند اما با انجام آزمایش‌هایی در دهه 1970 و 1980 مشخص شد که لیپیدها به شکل خوشه‌ای جمع می‌شوند و ساختارهایی ده‌(صد)ها برابر بزرگتر از اندازه خود می‌سازند. با این حال دانشمندان متوجه نشدند که انرژی لازم برای نگهداری چنین ساختاری از کجا می‌آید.

در سال 2008، فیزیکدان سارا ویچ در دانشگاه کرنل نیویورک و همکارانش جوابی برای این سوال یافتند. پیشتر می‌دانستیم که غشاهای جداشده از سلول‌های پستانداران در دمای بیش از 25 درجه سانتی‌گراد در حالت مایع قرار دارند اما در زیر این دما، به دو حالت مجزا جدا می‌شوند که شامل انواع گوناگونی از لیپیدها و پروتئین‌هاست(اندکی شبیه مخلوط آب و روغن). کشف گروه ویچ این بود که وقتی دما تا نزدیکی دمای بحرانی(دمایی که فازها جدا می‌شوند) پایین آورده می‌شود، افت‌وخیزهایی از فاز دوم مشاهده می‌گردد. این افت‌وخیزها  چند میکرون اندازه‌گیری شدند و در میکروسکوپ اپتیکی قابل مشاهده بودند و شکل‌گیری آن‌ها نیاز به انرژی چندانی ندارد.

نگاه انتقادی به رفتار بحرانی

اکنون ویچ به دانشگاه میشیگان رفته اما در پژوهش اخیر خود با گروه بنجامین ماچتا و جیمز ستنا از دانشگاه کرنل همکاری کرده تا هدف این رفتار بحرانی را دریابد. پژوهشگران فرض کردند که انواع خاصی از پروتئین‌ها به یکی از فازها جذب می‌شوند و بقیه پروتئین‌ها به فاز دیگر تمایل دارند بنابراین پروتئین‌های مشابه به سمت هم کشیده می‌شوند اما پروتئین‌های نامشابه از هم دور می‌گردند.

همانطور که ویچ می‌گوید این برهمکنش‌های پروتئینی «آبشار»هایی درست می‌کند که اطلاعات مربوط به مواد سازنده پروتئین غشا و درون سلول را انتقال می‌دهد. از این اطلاعات می‌توان برای پاسخ به پرسش‌هایی همانند «آیا زمان خوبی برای تقسیم است؟» یا «آیا حرکت به سمت غذا امن است؟»، استفاده کرد. او می‌گوید:«فکر می‌کنیم یک دلیل این که غشاهای سلولی افت‌وخیزهای بحرانی دارند این است که بعضی از مراحل اولیه را تشهیل کنند.»

برای محاسبه شدت و شکل نیروی کازیمیر بین پروتئین‌ها، ماچتا از ریاضیاتی استفاده کرد که اصولا برای نظریه ریسمان ساخته شده است. همان‌طور که انتظار داشت متوجه شد که نیرو برای پروتئین‌های همانند جاذبه و برای پروتئین‌های مختلف دافعه است. همین امر در فواصلی از مرتبه چند ده نانومتر منجر به انرژی پتانسیلی منجر می‌شود که چند برابر انرژی گرمایی پروتئین است. به خاطر اثر پوششی یون‌های درون سلول، نیروهای بسیار قوی الکترواستاتیک به حدود یک نانومتر محدود هستند. ماچتا می‌گوید:«ما دریافته‌ایم در نزدیکی نقطه بحرانی، سلول‌ها نیرویی بلندبرد بین پروتین‌ها وارد می‌کنند.» ستنا می‌افزاید:«واقعا شگفت‌انگیز است که چند برهمکنش در سلول، انرژی هم‌اندازه افت‌وخیزهای گرمایی دارند؟ ما فکر می‌کنیم که سلول صرفه‌جو باشد!»

کاربردهای پزشکی

پژوهشگران شک دارند که وجود این نیروهای کازیمیر بحرانی توضیح دهد چرا سلول‌هایی با کلسترول کم آن‌طور که باید عمل نمی‌کنند. آن‌ها حدس می‌زنند که حذف کلسترول، غشا را از نقطه بحرانی خود دور می‌کند. آن‌ها گمان می‌کنند که همین نیروها در فرایند عطسه نقش دارند. ستنا توضیح می‌دهد وقتی پروتئین‌های گیرنده در سلول‌های ایمنی متوجه ماده محرکی همچون گرده می‌شوند، کنار هم جمع شده و با تحریک هیستامین‌ها باعث عطسه می‌گردند. وی می‌گوید شاید محرک انتخاب پروتئین‌های گیرنده را برای یکی از فازهای مایع تغییر دهد و آن‌ها را به سمت هم بکشد.

این گروه امیدوار است که کارش به کاربردهای پزشکی منجر شود. ویچ توضیح می‌دهد که تصور می‌شود نقص در لیپیدها منجر به بیماری‌های زیادی مانند سرطان، بیماری‌های خودایمنی(خودشکنی) و التهاب می‌شود. او می‌افزاید:«این کار روشن می‌کند که لیپیدها چگونه بر این بیماری‌ها اثر می‌گذارند. در آینده، می‌توانم داروهایی را تصور کنم که به طور خاص لیپیدها را هدف قرار می‌دهند تا برهمکنش بین پروتئین‌ها را منظم و بیماری‌های انسانی را درمان کنند.» ساتنا می‌افزاید که مقیاس زمانی برای دستیابی به این داروها احتمالا طولانی است: «کار ما بیشتر شبیه این است که بخواهیم بتن بهتری برای ساخت پیِ آسمانخراش کاربردهای پزشکی درست کنیم.»

تطابق نظریه با مشاهده

علاوه بر کاربردهای آینده این طرح، ستنا معتقد است که وجود رفتار بحرانی، اتکا بر سازوکارهای تکاملی را برای توضیح رفتار سلول‌ها کم می‌کند. او خاطر نشان می‌کند:«چیزهایی زیادی درباره سلول‌ها وجود دارد که زیست‌شناسان فرض می‌کنند که تکامل آن را به وجود می‌آورد. من حدس می‌زنم که تکامل به سلول اجازه می‌دهد تا این نقطه بحرانی را بیابد. اما به محض این‌که سلول در نقطه بحرانی قرار گرفت، می‌توانیم از نظریه استفاده کنیم و بسیاری از رفتارهای دیگر را توضیح دهیم بدون اینکه همه‌چیز را به تکامل ربط دهیم.»

با این وجود، بعضی از متخصصان احساس می‌کنند که در مورد نتایج تجربی ویچ باید با احتیاط صحبت کرد زیرا این آزمایش‌ها با استفاده از سلول‌های دست‌نخورده صورت نگرفته‌اند. فردی که خواست نامش اعلام نشود، می‌گوید که جداسازی غشا از بقیه سلول می‌تواند بعضی از مواد را از غشا حذف کند. بدنه سلول نیز می‌تواند به شکلی بر افت‌وخیزهای بحرانی اثر بگذارد. وی می‌گوید:«من هنوز قانع نشده‌ام که نظریه ارایه شده در مورد غشاهای زیستی زنده درست باشد. بنابراین فکر می‌کنم باید کار تجربی بیشتری صورت گیرد.»

لينك مقاله در وبلاگ

موفقیت گرانش نیوتنی اصلاح‌شده در توضیح کهکشان‌های بیضوی

نظریه‌ای که برای جایگزینی ماده تاریک ارایه شده، ویژگی‌های دورانی دو کهکشان بیوضی را با موفقیت پیش‌بینی کرده است. این کار با استفاده از نظریه دینامیک نیوتنی اصلاح شده(MOND) توسط مردهای میلگرام انجام شد که اولین بار خودش 30 سال پیش این نظریه را پیشنهاد داد. با نشان دادن این که MOND را می‌توان برای توضیح ویژگی کهکشان های بیضوی پیچیده – علاوه بر کهکشان های مارپیچی بسیار ساده تر – به کار برد، میلگرام MOND را جایگزینی با ارزش برای ماده تاریک می‌داند زیرا خواص عجیب کهکشان‌ها را شرح می‌دهد.

ماده تاریک در 1933 پیشنهاد شد تا توضیح دهد چرا کهکشان‌های حاضر خوشه‌های خاصی، سریع‌تر از حالتی حرکت می‌کنند که از «ماده باریونی» قابل مشاهده آن‌ها انتظار داریم. چند دهه بعد، رفتارهای مشابهی در کهکشان‌های منفرد دیده شد: سرعت دورانی ستاره‌های خارجی به شکل تابعی از فاصله «افت نمی‌کرد»، بلکه ثابت می‌ماند. این مشاهدات مستقیما با گرانش نیوتنی در تضاد بودند؛ گرانش نیوتنی همان قدر که روی زمین یا در منظومه شمسی معتبر هستند باید در ناحیه برون کهکشانی نیز معتبر بماند. اما اگر فرض کنیم که «هاله‌ای» از ماده نامرئی در(یا حدود) ساختارهای کهکشانی وجود دارد، قانون معکوس مجذوری نیوتن بازگردانده می‌شود.

 فیزیکدانان برای توضیح این بی‌نظمی‌های کهکشانی در ابتدا تلاش کردند تا اندازه گیری‌های مستقیمی از ماده تاریک انجام دهند تا دقیقا چیستی آن را دریابند که البته با موفقیت بسیار کمی همراه بود. در نتیجه، پژوهشگرانی وجود دارند که باور به وجود ماده تاریک ندارند و توضیح‌های جایگزینی برای رفتار عجیب کهکشان‌ها پیشنهاد داده‌اند.

 موفقیت چشمگیر

اکنون تحلیل جدید نشان می‌دهد که یکی از نظریات جایگزین به نام MOND، ویژگی‌های دو کهکشان بیضوی را به خوبی ماده تاریک توصیف می‌کند. MOND اصولا برای توصیف کهکشان‌های مارپیچی ارایه شد و موفقیت عظیمی در پیش‌بینی بعضی ویژگی‌های این ساختارها داشت. تعمیم آن به توضیح کهکشان‌های بیضوی می‌تواند، استدلال‌ها را به نفع این نظریه تغییر دهد. به همین دلیل، پیش‌بینی شده کهکشان‌های بیضوی توسط فرایندهای متفاوتی با کهکشان‌های مارپیچی ساخته شده‌اند و دشواری محاسبه ویژگی‎هایشان بسیار بیشتر است.

MOND در ابتدا توسط احترفیزیکدان موسسه وایزمن، مردهای میلگرام در سال 1983 پیشنهاد شد. فرض پایه نظریه این است که در شتاب‌های بسیار کوچک کمتر از 10^-10 متر بر مجذور ثانیه، قانون دوم نیوتن برقرار نیست. در عوض، فرمول نیوتن اصلاح شده به نحوی است که تحت شرایطی خاص، نیروی گرانش بین دو جسم آرامتر از قانون عکس مجذوری افت می‌کند.

قابل پیش بینی است نظریه ای که قانون نیوتن را تغییر می دهد با نقدهای بسیاری روبرو شود و MOND استثنا نبود. با این همه، این نظریه جاذبه‌های انکارناپذیری داشت: همچون پیش‌بینی‌های قابل آزمون و متکی نبودن بر ماده تاریک نادیده. در سال 2004، ژاکوب بکنشتین نسخه ای از MOND ارایه داد که با نظریه نسبیت عام انشیتین سازگار است و همین توجه بیشتر جامعه فیزیک را برانگیخت.

بی نیاز از ماده تاریک؟!
میلگرام در پژوهش جدید خود، هیدرواستاتیک پوشی کروی از گاز داغ و گسیل کننده اشعه اکس را در دو کهکشان بیضوی تحلیل می‌کند و نشان می‌دهد که پیش‌بینی‌های MOND معتبر هستند. میلگرام می‌گوید این امر از این رو اهمیت دارد که تصور می‌شود تحول کهکشان‌های بیضوی کاملا با کهکشان‌های مارپیچی و کهکشان‌های دیسکی متفاوت است. فکر می‌شود که کهکشان‌های بیضوی از برخورد و ادغام دو کهکشان شکل می‌گیرند. موفقیت MOND بدین معنی است که دقت پیش بینی آن نمی‌تواند تصادفی باشد و همین، نشانه‌ای از واقعیتی ژرف تر است.

استفاده از یک قانون ریاضی برای پیش بینی سرعت دورانی دو نوع کهکشان با دو نحوه شکل‌گیری، واقعیتی است که فرضیه ماده تاریک را رد می‌کند. او می‌گوید:«در تصویر ماده تاریک، کهکشان‌هایی که امروزه می‌بینیم نتیجه نهایی فرایندهای شکل‌گیری بسیار بغرنج و اتفاقی هستند. شما با کهکشان‌های کوچک آغاز می‌کنید. آن‌ها ادغام می‌شوند، برخورد‌می کنند و انفجارهایی در کهکشان روی می‌دهد. در طی این تحول طوفانی، ماده تاریک و ماده معمولی به شکل‌های بسیاری متفاوتی تحت این فرایندها قرار می‌گیرند و بنابراین شما واقعا انتظار ندارید که همبستگی واقعی بین ماده تاریک و ماده معمولی مشاهده کنید. این نقطه ضعف مهمی برای تصویر ماده تاریک است.»

دن هوپر، اخترفیزیکدان و متخصص ماده تاریک از فرمی لب، می‌گوید که MOND با نشان دادن قابلیت‌های خود در کهکشان‌ها، از نقدها سربلند بیرون نخواهد آمد؛ حتی اگر کهکشان‌هایی باشند که قبلا آزموده نشده‌اند. او می‌افزاید:«من فهمیده‌ام که MOND عملکرد بسیاری خوبی در توصیف دینامیک کهکشان‌ها دارد و این مقاله نیز مثال دیگری از موفقیت MOND در مقیاس کهکشانی است. با این حال MOND در مقیاس‌های بزرگتری همچون خوشه‌های کهکشانی یا مقیاس های کیهانشناسی بزرگتر باز می ماند.» او ناهمسانگردی تابش زمینه کیهان را مثالی از آن ها می‌داند.

لينك مقاله در وبلاگ

تخريب سلول سرطاني با نانوروبات

نانوروبات هایی که از اوریگامی (هنر کاغذ و تازدن) DNA ساخته شده اند می توانند به جستجوی سلول های سرطانی پرداخته و آنها را نابود کنند در حالی که سلول های سالم دست نخورده باقی می مانند. این روبات های صدفی شکل که تنها در زمان تشخیص و شناسایی هدف داروهای خود را آزاد می کنند، می توانند در شیوه درمانی سرطان بهبودی قابل توجه ایجاد کنند.

محققان دانشگاه «هاروارد» برای ساخت این نانوروبات ها از اوریگامی DNA استفاده کردند. محققان این روبات را با کمک نرم افزار مدل سازی DNA که می توانست چگونگی اتصال جفت های پایه DNA را درک کند، طراحی کرده و زمانی که شکل مورد نظر خود را به نرم افزار دادند، لیستی از رشته های DNA که با ترکیب آنها شکل مورد نظر به وجود می آمد، ارائه شد.

شکل مورد نظر دانشمندان صدفی بود به این صورت امکان حمل مقادیری دارو در این ساختار به وجود می آمد. دانشمندان برای اطمینان از اینکه دهانه صدف تنها پس از رسیدن به سلول های هدف باز می شوند دو قفل برای آن طراحی کردند که هر یک از آنها رشته ای از DNA هستند که برای شناسایی گونه ای خاص از مولکول ها طراحی شده اند. زمانی که این قفل ها یا «آپتامر»ها به مولکول های هدف می رسند DNA از هم باز شده و دارو آزاد می شود.

عوارض جانبی نانوروبات ها

دانشمندان به منظور آزمودن توانایی های این دارو نانوروبات هایی را مجهز به قفل های شناسایی مولکول های سرطان خون به وجود آورده و دارویی که می تواند با جلوگیری از رشد سلول های این بیماری آنها را نابود کند، درون آن قرار دادند. در نهایت میلیون ها نسخه از این نانوروبات ها در میان سلول های انسانی سالم و سرطانی آزاد شدند.

سه روز بعد نیمی از سلول های سرطانی نابود شده بودند اما هیچ آسیبی به سلول های سالم وارد نیامده بود و دانشمندان دریافتند می توانند با افزودن میزان داروی گنجانده شده در این نانوروبات تمامی سلول های سرطانی را نابود کنند. همچنین با تغییر نوع قفل های دهانه صدف محققان می توانند هر نوع سلول سرطانی را هدف قرار دهند.

داشتن دو قفل به این معنی است که نانوروبات ها از توانایی بالاتری در تشخیص سلول های سرطانی برخوردارند و باید برای آزادسازی دارو دو سیگنال دریافت کنند. محققان امیدوارند نانوروبات ها بتوانند دیگر سلول هایی که در بدن به صورت عادی از رشد سریعی برخوردارند از قبیل سلول های روده و «فولیکول» مو را نیز دست نخورده باقی بگذارند، سلول هایی که معمولا در دوران شیمی درمانی بیشترین آسیب را می بینند.

 

 

                                                            لینک مقاله در وبلاگ

نوترینوها از هم‌جوشی‌ نادر در ستاره‌ها خبر می‌دهند

 بیشتر گرمای خورشید در واکنش‌های هم‌جوشی تولید می‌شود. این واکنش‌ها چرخه‌ئی می‌سازند که به چرخه‌ی "پروتون-پروتون" معروف است و طی آن دو  پروتون (هسته‌ی هیدروژن) هسته‌ی هیدروژن سنگین (پروتون + نوترون) را می‌سازند و در پی هم‌جوشی‌ی این هسته با هسته‌ی هیدروژن دیگر هسته‌ی هلیوم ٣ ساخته می‌شود و پس از آن از چند راه مختلف هسته‌ی هلیوم ٤ ساخته می‌شود که بسیار پایدار است. در بسیاری از این واکنش‌ها ذره‌های بدون بار و تقریباً بدون جرم که نوترینو نام دارند تولید می‌شوند و فیزیکدان‌ها می‌توانند با به‌دام‌انداختن ِ آنها و اندازه‌گرفتن ِ شارشان، هم درباره‌ی دینامیک و ساختار خورشید آگاهی‌هائی به‌دست آورند و هم در باره‌ی خواص خود نوترینو. تا کنون اما بیشتر آشکارگرهای نوترینو تنها نوترینوهای پرانرژی را آشکار می‌کرده‌اند یعنی آنهائی که انرژی‌شان بین ٥ تا ١٨ مگاالکترون‌ولت است. انرژی‌ی بیشتر نوترینوهای خورشیدی کم‌تر از ٥ مگاالکترون‌ولت است و آزمایش بُورِکسینُو دقیقاً برای بررسی‌ی این نوترینوها طراحی شده است.

 

کار مشکل

آشکارکردن هر نوع نوترینو بس مشکل است زیرا برهم‌کنش این ذرات با هر نوع ماده‌ی دیگر بسیار ضعیف است اما نوترینوهای‌ خورشیدی مشکل دیگر نیز دارند: فرآیندهای پرتوزا روی زمین نوترینوها ‌ئی با انرژی‌‌ها ئی تا حدود ٣ مگاالکترون‌ولت تولید می‌کنند که می‌تواند سیگنال نوترینوهای خورشیدی را محو کند. آزمایش بُورِکسینُو در اعماق زمین در آزمایشگاه ملی‌ی فیزیک هسته‌ا‌ی ایتالیا در گرَن‌سسُّو جای دارد تا از پرتوهای کیهانی در امان بماند و مانند آزمایش‌های دیگر مقدار عظیمی ماده‌ی آشکارکننده (حدود ٢٨٠ تن مایع سوسوزن) دارد که در اثر پراکنده‌شدن نوترینو از الکترون نور گسیل می‌کند. آن‌چه آزمایش را از دیگر آزمایش‌ها متمایز می‌کند خلوص بسیار زیاد خود ماده‌ی سوسوزن و گوی فولاد ضدزنگ دربرگیرنده‌ی آن است که میزان پرتوزایی‌شان را بین ١٠ تا ١١ مرتبه‌ی بزرگی کاهش داده  است.

در داده‌هائی که فیزیکدان‌های ایتالیایی، امریکایی، آلمانی، فرانسوی، و روسی که در آزمایش شرکت دارند بین ۲۰۰۷ تا ۲۰۱۰ گرد آورده‌اند تا کنون نوترینوهای خورشیدی‌ی حاصل از تبدیل بریلیوم ۷ به لیتیوم ۷ که انرژی بسیار خوش‌تعریف 0.86 مگا‌الکترون‌ولت دارند شناسایی شد‌ه‌اند. هر روز در هر صد تن مایع سوسوزن ۵۰ نوترینو از این نوع آشکار می‌شود. در آخرین تحلیل داده‌هائی که از ژانویه‌ی ۲۰۰۸ تا کنون گرد آورده شده است پژوهشگران توانسته‌اند رخ‌دادها ئی نادرتر را مشاهده کنند: نوترینوهای خورشیدی با انرژی 1.44 مگاالکترون‌ولت که از هم‌جوشی‌ی دو پروتون و یک الکترون در واکنش pep حاصل می‌شوند. پژوهشگران روش خاص ئی را به کار برده‌اند تا بتوانند سیگنال برخاسته از هسته های  کربن 11 را حذف کنند. این هسته ها در اثر شمار بسیار کم پرتوهای کیهانی که به آزمایشگاه می‌رسند تولید می‌شود. پژوهشگران دریافته‌اند که به‌طور میانگین هر روز 3.1 برخورد نوترینوی pep با هر صد تن مایع آشکارگر رخ می‌دهد.

 

اولین گواه مستقیم

جان‌پائولو بلینی سخن‌گوی آزمایش بُورِکسینُو می‌گوید که این مشاهدات اولین گواه مستقیم بر واکنش‌های pep در خورشید است و شارهای مشاهده‌ شده با پیش‌بینی‌های "مدل استاندارد خورشید" اخترفیزیکدان‌ها توافق دارد اما به این نکته اشاره می‌کند که برای استفاده از توان بالقوه‌ی آزمایش بُورِکسینُو به منظور ابزاری برای کاوش در "نوسان های" نوترینو نیاز به داده‌های بیشتر است. نتایج بسیاری آزمایش‌های دیگر طی‌ چندین دهه نشان‌ داده است که نوترینوهای درحال گذر در فضا از یک نوع‌ (نوترینوی نوع الکترون یا نوع میوئون یا نوع تاؤ) به نوع دیگر تبدیل می‌شوند اما فیزیکدان‌ها می‌خواهند بدانند که بستگی‌ی این نوسان‌ها به انرژی چیستت. آزمایش‌های دیگر نشان داده‌اند که به‌ازای انرژی‌های زیاد داده‌ها با پیش‌بینی‌های نظری توافق دارند و نتایج آزمایش بُورِکسینُو برای بریلیوم ۷ نیز نشان می‌دهد که در انرژی‌های کم نیز برازش داده‌ها به پیش‌بینی‌ها خوب است. اما بلینی می‌گوید که شمار داده‌ها در انرژی‌های میانی کافی نیست و باید نوترینوهای pep بیشتری آشکار شوند.

در واقع پژوهشگران آزمایش بُورِکسینُو در حال حاضر مشغول بهبود آشکارگرشان هستند تا میزان پرتوزایی را باز هم کم‌تر کنند و در ماه مارس یا آوریل شروع به داده‌گیری برای سه سال آینده کنند. این داده‌های جدید می‌تواند وجود نوترینوها از مجموعه واکنش‌های هم‌جوشی‌ی کاملاً متفاوت ئی را تثبیت کند که گمان می‌رود سوخت ِ ستاره‌های پرجرم‌تر و هم‌چنین بخش کوچکی از هلیوم درون خورشید را تأمین می‌کند یعنی چرخـــــــه‌ی "کربن-نیتروژن-اکسیژن"   (CNO) که در آن از راه تشکیل این سه عنصر سنگین‌تر، هسته‌ها‌ی هیدروژن به هلیوم تبدیل می‌شوند. آهنگ ِ برهم‌کنش این نوترینوها با هسته‌های آشکارگر بُورِکسینُو بایست مشابه با آهنگ برهم‌کنش  نوترینوهای pep باشد اما طیف مشخصه‌ی آنها تمایز کم‌تری نسبت به سیگنال پس‌زمینه دارد اگرچه تحلیل های اخیر حد بالایی مشخص تری برای شار آنها تعیین کرده است.

بلینی می‌گوید آشکارکردن ِ نوترینوهای این چرخه می‌تواند به یافتن پاسخ "معمای فلزیت" در ساختار جو خورشید منجر شود: دانشمندان با مدل سه‌بعدی‌ خورشید و براساس داده‌های طیف‌نمایی‌ مقدار کربن، نیتروژن، اکسیژن، نئون و آرگون سطح خورشید را پیش‌بینی کرده‌اند و اینها بین 30 تا 40 درصد کمتر از مقدارهائی‌ هستند که مدل‌ کم‌تر پیچیده‌ی یک‌ بعدی پیش‌بینی می‌کند اما نتایج این مدل یک‌بعدی با داده‌های لرزه‌نگاشتی‌ خورشید -- یعنی بررسی‌ی درون خورشید با امواج تراکمی‌ ای که درون خورشید منتشر می‌شوند -- بیشتر توافق دارد. بلینی می‌گوید مشاهده‌ی نوترینوهای CNO باید تکلیف موضوع را روشن کند زیرا شاری که برای آنها پیش‌بینی می‌شود به فراوانی‌ی عناصر مختلف در جو خورشید بسیار حساس است.

به نقل از سایت انجمن فیزیک ایران

لینک مقاله اصلی در وبلاگ

شکل دهی به پرتوی الکترون ها در چشمه های الکترونی ابرسرد

پژوهشگران در استرالیا چشمه نوینی از الکترون های سرد ساخته‌اند که می تواند برای تصویربرداری از ساختارهای بسیار ریز در مقیاس طول اتمی مفید باشد. چشمه که از اتم های ابرسرد استفاده می کند، می‌تواند پالس‌های الکترونی قوی و همدوس را با شکل های فضایی خاص –همانند علامت مرد خفاشی (Batman) در تصویر بالا- ارسال کند. بر پایه گزارش این گروه، چنین پالس‌هایی می‌توانند در تصویربرداری پراشی از مولکول‌های زیستی، ویروس‌ها و نانوساختارها به کار رود.

رابرت اسکولتن (Robert Scholten) و همکارانش در دانشگاه ملبورن، ابری از یک میلیارد اتم روبیدیم را با لیزر تا چند میلیونیوم درجه بالای صفر مطلق سرد می‌کنند. سپس دو پالس لیزر به اتم ها شلیک می‌شود. پالس اول اتم‌ها را به یک تراز برانگیخته الکترونی می‌فرستد. پالس دوم دقیقا انرژی کافی برای رها سازی الکترون‌ها را فراهم می کند و پالسی از الکترون های سرد با دمای 10 کلوین درست می‌کند. اگر به پالس اول با عبور نوز از یک مدولاتور فضایی شکل خاصی داده شود، می‌توان پالس‌های الکترونی با شکل‌های پیچیده و دلخواه ایجاد کرد.

این پالس‌های الکترونی با استفاده از میدان الکتریکی تا 1 کیلوالکترون ولت شتاب می‌گیرند و پیش از آشکارسازی، 21 سانتی‌متر حرکت می‌کنند. بر خلاف پالس‌های چشمه الکترونی معمول که به خاطر حرکت تصادفی الکترون‌ها به سرعت مبهم می شوند؛ این پالس‌ها تا هنگام آشکارسازی شکل‌شان را حفظ می کنند.

همدوسی بالای فضایی

چون پالس‌ الکترون شکل خودش را حفظ می کند، درجه «همدوسی فضایی» بالایی در راستای عمود بر مسیر حرکتشان دارند. همین امر آن‌ها را برای تصویربرداری پراشی، ایده ال می کند. به گفته اسکولتن، طول همدوسی عرضی در لحظه تولید حدود 10 نانومتر است. این فاصله برای تصویربرداری پراشی زیست مولکول‌های بزرگ و ویروس‌های کوچک، کافی است.

توانایی شکل دادن به پالس‌ها به محققان کمک می‌کند تا به شکلی موفق بر پدیده «گسترش کولن» فایق آیند که مانعی بنیادی در ایجاد پالس‌های الکترونی درخشان است. به این دلیل که الکترون ها بار الکتریکی یکسانی دارند، ذرات یکدیگر را می‌رانند و این باعث می‌شود تا همین‌طور که پالس حرکت می‌کند، گسترش یابد و شدت آن کم بشود. هر چند، اسکولتن می گوید اگر پالس با شکلی خاص- شدت بیضوی یکنواخت- ایجاد شود، می توان با استفاده از اپتیک استاندارد، الکترون‌ها را دوباره کانونی کرد و اثرات گسترش کولنی را جبران کرد.

توسعه گام به گام

اسکولتن سریعا اشاره می‌کند که ایده اصلی چگونگی ساخت پالس‌های شکل‌دار اتم‌های سرد، از سوی ادگار وردنبرت(Edgar Vredenbregt)، جام لویتن(Jom Luiten) و همکارانشان در دانشگاه فنی آیندهوون در هلند ارایه شده است. پژوهشگران هلندی علاوه بر توصیف نظری، بر روی چشمه‌های الکترونی کار کرده اند. اسکولتن می گوید: «ما همکاری بسیار نزدیکی با آن‌هاداریم. آن‌ها اکنون در حالت تطبیق روش هایی هستند که ما ساخته ایم و ما نمونه‌های مهندسی سامانه خود را برای آن ها می فرستیم. این کاری گام به گام است- ما نیز بر اساس تجربه و پیشنهاد‌های آن ها حرکت می کنیم.»

توماس کیلیان(Thomas Killian) از دانشگاه رایس- تگزاس می گوید:«این کار جدید را باید به عنوان چشمه‌ای بالقوه از الکترون ها دید که در عمل چیزی شبیه به میکروسکوپ پویشی الکترون ها است». او این کار را «جهشی بلند رو به جلو» در توسعه چشمه‌های دما-پایین و طول‌های همدوسی عرضی بلند برای الکترون‌ها می خواند. او می افزاید:«من امیدوارم که این کار، توسعه ابزارهای عملی را بر اساس این فناوری شتاب بخشد.»

لینک اصلی مقاله

لینک مقاله در وبلاگ

حضور نشانه های انرژی تاریک در تابش زمینه کیهان

منجمان در حین مطالعه تابش زمینه کیهان(CMB)، مدرک جدیدی برای حضور انرژی تاریک، عامل پنهان انبساط جهان، کشف کرده اند. همچنین، این یافته ها می تواند به زسم نقشه‌ی ساختار ماده تاریک در بزرگترین مقیاس های جهان کمک کند.

CMB، تابش کم فروغی از تولد جهان در مهبانگ است. در حدود 400.000 سال بعد از آفرینش، جهان به اندازه کافی خنک شد تا الکترون ها به هسته های اتمی بپیوندند. این «بازترکیب» (recombination)، تابش CMB را از محیط پلاسمایی غلیظش جدا کرد. تلسکوپ های فضایی همانند WMAP و پلانک، CMB را نقشه برداری کرده اند و حضور آن را در همه بخش های آسمان با دمای 2.7 کلوین تایید نموده‌اند. همچنین، اندازه گیری‌ها نشان می دهند که در این دما، افت و خیزهای کوچکی از مرتبه یک در یک میلیون وجود دارد. این افت و خیزها از توزیع گاوسی پیروی می‌کنند.

ولی سادیپ داس(Sudeep Das) از دانشگاه کالیفرنیا-برکلی به همراه گروهی ذیگر از منجمان، متوجه انجراف این افت و خیزها از توزیع گاوسی شدند. این انحراف که با تلسکوپ Atacama Cosmology در شیلی به دست آمده، به علت بر هم کنش با ساختارهای بزرگ مقیاس در جهان، مانند خوشه های کهکشانی به وجود می آید. «به طور متوسط، هر فوتون CMB قبل از این که به تلسکوپ ما برسد، تقریبا با 50 ساختار بزرگ مقیاس روبرو شود.» داس می گوید: «تاثیر گرانشی این ساختارها که انبوهی از ماده تاریک را در بر دارند، مسیر فوتون را منحرف می کند.این فرایند که «لنزینگ» نامیده می شود، در نهایت منجر به انحرافی در حدود 3 دقیقه قوسی(تقریبا یک بیستم درجه) می گردد.»

انرژی تاریک و ساختارها

در مقاله دیگری داس با همکاری بلیک شروین(Blake Sherwin) از داشگاه پرینستون و جوآنا دانکلی(Joanna Dunkley) از دانشگاه آکسفورد، به چگونگی آشکارگری انرژی تاریک با استفاده از عدسی های گرانشی می پردازند. انرژی تاریک از شکل گیری ساختار در جهان جلوگیری می کند. جهانی که تهی از انرژی تاریک است، تعداد زیادی ساختار خواهد داشت. در نتیجه، فوتون های CMB، عدسی های بیشتری را مشاهده میکنند و افت و خیزهای آنها انحراف بزرگتری نسبت به توزیع گاوسی خواهند داشت. ولی نتیجه مشاهدات اینگونه نیست و شروین توضیح می دهد: «ما عدسی های خیلی کم تری می بینیم بنابراین جهان ما تهی از انرژی تاریک نیست. در واقع، میزان انخراف های گرانشی که ما می بینیم با میزان انرژی تاریکی که از اندازه گیرهای دیگر انتظارش را داریم سازگار است.»

این اولین بار است که میزان انرژی تاریک تنها از اندازه گیری های CMB به دست می آید. اندازه گیری های متداول CMB، جزییات کمی را درباره جهان بسیار اولیه یعنی پیش از شکل گیری ستارگان و کهکشان ها به دست می دهد. برای ساخت تصویری مناسب از تکامل جهان، باید نتایج CMB را با نتایج اندازه گیری های اضافی مانند ثابت هابل ادغام کرد.

جمع آوری شواهد

این واقعیت که این مدرک، شاهدی مستقیم است نه متکی بر اندازه گیری ثانویه، استفان بوگن (Stephan Boughn) کیهان شناس کالج هاورفورد در آمریکا را به هیجان می آورد: «ما در حال حاضر تنها دو شاهد مستقیم از انرژی تاریک داریم. هر مدرک مستقیم دیگری بسیار با اهمیت است. ما می خواهیم مجموعه ای از شواهد را از مکان های بسیار متفاوت جمع آوری کنیم تا تصویر کلی جهان را به دست آوریم.»

بوگن باور دارد با این یافته ها می توان فهمید که ماده تاریک در مقیاس های بزرگ چگونه توزیع شده است. ماده تاریک اثر گرانشی همانند ماده معمولی دارد اما با تابش الکترومغناطیسی بر هم کنش نمی کند و بنابراین نمی توان به طور مستقیم آن را دید. او توضیح می دهد: «شبیه سازی های بسیاری وجود دارند، اما مشاهدات اندکی برای پیش بینی شکل گیری ماده تاریک جهان موجود است. اما به این دلیل که اثر عدسی های گرانشی ریزموج زمینه به فراوانی ماده تاریک بستگی دارد، آزمایش های بعدی اغتشاش CMB باید بتواند پاسخی در خور برای چگونگی توزیع ماده تاریک در مقیاس بزرگ داشته باشد.»

لینک مقاله اصلی

لینک مقاله در وبلاگ

کوارک ها در دمای دو تریلیون درجه کلوین آزاد می شوند

فیزیکدانان آمریکایی هندی و چینی به تازگی حساب کرده اند که کوارک ها و گلوین ها در دمای حدود دو تریلیون درجه کلوین از قیود داخل نوترون ها و پروتون ها آزاد می‌شوند.این دما در حقیقت دمای جهان در کسری از ثانیه بعد از انفجار بزرگ است .نمودار زیر از ترکیب نتایج مربوط به محاسبات ابرکامپیوترها و نتایج مربوط به آزمایش برخورد یونهای سنگین به دست آمده است .به عقیده دانشمندان این نتایج جدید جای پای دانش امروزی در مطالعه کوارک ها را محکم تر می کند.

بنابر مدل انفجار بزرگ جهان ابتدایی از پلاسمای کوارک-گلوئون پر بوده است. به عبارتی کوارک ها و گلوئون ها (حامل های نیروی قوی هسته ای) به صورت آزاد وجود داشته اند و از آنجایی که نیروی قوی هسته ای با افزایش فاصله بین ذرات افزایش می یابد این بدین معناست که کوارک ها به انرژی بسیار زیادی نیاز دارند تا آزاد بمانند و پلاسما فقط می تواند در دماهای بسیار بالا وجود داشته باشد. از سوی دیگر پس از گذشت یک میلیونیوم ثانیه از عمر کیهان دمای کیهان به حدی رسید که کوارک ها و گلوئون ها ترکیب شدند و ذرات مرکب مثل نوترونها و پروتون ها را ساختند و تعیین این دمای ترکیب کار راحتی نیست.

نظریه‌ی کوانتوم کرومودینامیک در فواصل بسیار کم خیلی خوب کار می کند. برخوردهایی که درRHICدر سرن رخ می دهد در همین فواصل بررسی می شوند. اما این نظریه در فواصل دورتر موفق نیست و نمی توانند تمام بر هم کنش های از این جنس از جمله برهم کنش های جفت کوارک و یا آنتی کوارک مجازی را توجیه کند . فیزیک دانان برای حل این مشکل از تقریبی استفاده می‌کنند که اصطلاحا به نظریه‌ی کوانتوم کرومودینامیک شبکه‌ای معروف است که در آن مشکل پیچیدگی بر هم کنش های بین کوارک ها و گلوئون ها را با گسسته کردن فضا و زمان بر روی شبکه حل می کنند.

مهار کوانتوم کرومودینامیک شبکه‌ای

در حال حاضر نو ژو  و همکارانش در دانشگاه مرکزی چین و آزمایشگاه مرکزی لورنس برکلی در کالیفورنیا مقدار یکی از پارامتر های اصلی شبکه کوانتوم کرومودینامیک را به طور دقیق محاسبه کرده اند و برای به دست آوردن این مقدار از نتایج به دست آمده از یکی از آشکار ساز ها در آزمایشگاه بروک‌هاون استفاده کرده اند. در این آزمایشگاه یون های طلا را در انرژی های بالا با هم برخورد میدهند به گونه ای که پلاسمای کوارک – گلویون و هادرون های منفرد تشکیل شوند. در ضمن دانستن میزان دمایی که در آن این هادرون ها تشکیل میشوند بسیار مهم است.

بدانهگاداس موهانتی  یکی از اعضای تیم تحقیقاتی مرکز سیکلوترون انرژی های متغیر در کلکته هندوستان می گوید : "دانستن دمای ذکر شده به ما کمک می کند تا نمودار فاز کوانتوم کرومودینامیک را بکشیم ." نمودار فاز تغییرات فاز را بر حسب دو متغیر دما و پتانسیل شیمیایی بار یونی (یعنی انرژی لازم برای زدودن یا افزودن پروتون یا نوترون به مواد با بر هم کنش بسیار شدید) نشان می دهد . بنابر گفته او همانطور که در ترمودینامیک دمای تغییر فاز آب تابعی از فشار است و برای دانستن میزان دقیق این دما بایست حداقل دمای یک نقطه ثابت نمودار فاز ( دمای نقطه جوش در یک اتمسفر ) را بدانیم. این موضوع در مورد کوانتوم کرومودینامیک هم صادق است و ما می خواهیم بفهمیم دمای تغییر فاز در پتانسیل شیمیایی صفر چه قدر است .

ژو و همکارانش مقدار این دما را مستقیما اندازه نگرفتند ولی با کمک نظریه و برخی آزمایشها مقدار آن را به دست آورده اند . سورندا کوپتا و همکارانش در انیستیتو تحقیقات نظری تاتا در هندوستان توانسته اند با ثابت نگه داشتن فشار , پتانسیل شیمیایی بار یونی را تا مرتبه چهارم حساب کنند و در حال حاضر روی این موضوع کار می کنند که حساسیت چگونه با دما تغییر می کند. هم زمان با این فعالیت ها آزمایش برخورد میلیون ها یون طلا درRHIC به ما اطلاعات بسیار جامعی در مورد این می دهد که چه مقدار پروتون بیشتر از آنتی پروتون تولید می شود.

برای محاسبه دمای تغییر فاز در پلاسمای کوارک-گلوئون دانشمندان به مقایسه میزان پیش بینی شده برای حساسیت از نظر تئوری و مقادیر عددی به دست آمده از روی نمودار توزیع می پردازند و اگر این 2 مقدار هم خوانی داشته باشند محققان با این متد به مقدار درستی برای دمای تغییر فاز رسیده اند. دمایی که توسط تیم ژو به دست آمده است 1.7±157 مگاالکترون ولت یعنی معادل 2.000.000.000.000 درجه کلوین است .

و این مقدار با مقداری که روش کوانتوم کرومو‌دینامیک شبکه‌ای پیش بینی می کند دقیقا یکی است.موهانتی می گوید: "اولین بار است که مقایسه مستقیم بین تئوری ماده کوارکی در دمای بالا و آزمایش‌های با انرژی بالا صورت می گیرد .دانشمندان قبل ها مقداری را به کمک تئوری برای حساسیت به دست آورده بودند اما حالا با مقایسه این مقدار با مقدار های آزمایشگاهی می توان فهمید که تئوری تا چه حد خوب کار می کند ."

لینک مقاله اصلی

لینک مقاله در وبلاگ

ابعاد فراکتالی اثر کازیمیر را تغییر می دهد

در اثر کازمیر شاهد نیروی اسرارآمیزی هستیم که دو صفحه موازی را که فاصله ناچیزی از هم دارند به طرف هم می راند. این اثر معلول خلق و فنای ذرات در ابعاد پلانک می باشد، اگر فاصله بین صفحات از طول موج دوبروی این ذرات کمتر باشد ذرات بین صفحات نمی گنجند و ناپدید می شوند. سپس فزونی ذرات مجازی خارج نسبت به داخل باعث می شود صفحات به سمت هم رانده شوند.فیزیکدانان نظری به این نتیجه رسیدند که اگر اندازه گیری های اثر کازیمیر با حساسیت کافی انجام شود، آثار ابعاد فرکتالی قابل مشاهده خواهد بود.

در دهه1920 تئودورکالوتزا  واسکارکلاین ایده ای مطرح کردند که نظریه الکترومغناطیس ماکسول را با نظریه نسبیت اینشتین وحدت می داد، این کار به ‌خودی خود کار مهمی است اما یک اشکال کوچک دارد، در مدل کالوتزا کلاین جهان 5 بعد دارد؛ از این پس فیزیکدان های بسیاری با روش های مشابه سعی کردند که چرا ابعاد اضافی نظریات آنها دیده نمی‌شوند. کالوتزا و کلاین عقب‌نشینی نکردند و این اندیشه را پیش آوردند که بعد فضایی پنجم تنها در مقیاس پلانک از مرتبه ده به توان منهای سی و پنج وجود دارد. درواقع آنها فرض کردند که این بعد روی خودش پیچیده است طوری که اگر می‌شد این بعد فضایی در این مقیاس را پیمود هر مسافری به نقطه‌ی آغاز سفرش بازمی‌گشت.

ایده ای که اخیرا مطرح شده است این است که مثل دیگر اشیائ کوانتمی در این مقیاس، بعد اضافی ممکن است در حال خلق و فنا باشد. اگر این اتفاق بیفتد بایستی بعد پنجم فضا به صورت ناقص وجود داشته باشد. فیزیک دانان این ابعاد را به عنوان ابعاد فرکتالی که با اعداد غیر صحیح مشخص می شوند توصیف می کنند چون این ابعاد این قدر کوچک هستند کار زیادی برای اثبات یا رد اندیشه‌ی ابعاد فراکتالی نمی‌توان کرد. دست کم تا کنون فیزیکدان‌ها این طور فکر می‌کردند.

امروز هانگبو چِنگ  از دانشگاه علم و فناوری چین شرقی در شانگهایمی‌گوید که شاید بتوان تفاوت وجود و عدم وجود ابعاد فراکتالی را مشاهده کرد. نتایج محاسبات چنگ نشان می دهد اگر فاصله صفحات در اندازه ی بعد اضافی باشد، ابعاد اضافی بر نیروی کازیمیر تاثیر خواهند داشت و اگر تعداد ابعاد عدد صحیح باشد نیروی کازیمیر قوی تر از حالتی خواهد بود که بعد فراکتالی وجود داشته باشد اما میزان دقیق تفاوت دو حالت به مرتبه‌ی فراکتال بستگی دارد.

البته سوالی که مطرح می شود این است که آیا می توان این تفاوت را بدون ابهام اندازه گرفت. اگر امکانش وجود داشته باشد ما می توانیم یک آزمایش جالب در مورد ماهیت فضا- زمان انجام دهیم.

لینک منبع

کشف دورترین کوازار از زمین

اختر شناسان توانستند مکان چراغی دور دست را مشخص کنند که متعلق به زمانی است که جهان هنوز در مراحل ابتدایی اش بود. این چراغ، یک شی نورانی است که کوازار نامیده می شود وبا روشنایی 63 تریلیون بار بیشتر از خورشید به دلیل فرو ریزش در درون یک سیاهچاله ابر پرجرم که منجر به گرم شدن و گسیل نور می شود ایجاد شده است. این کوازار، از هر کوازار تا کنون شناخته شده ای از زمین دور تر است و نور ساطع شده از آن متعلق به 13 میلیارد سال قبل است. این کوازار به خاطر درخشندگی بسیار زیادش و رکورد فاصله از زمین، فرصت مطالعاتی بی نظیری را به منظور مطالعه شرایطی از جهان که تحت آن قرار داشته است، بدست می دهد.

در زمانی که عالم یک میلیارد سال عمر داشت، اتم های گازهیدروژن که فضای بین کهکشان را پر کرده بودند در اثر تابش پر انرژی ستارگان پرجرم تقریبا یونیزه شده بودند. این دوره به عنوان عصر بازیونیزیدگی شناخته میشود و اعتقاد بر این است که از زمانی حدود 380 هزار سال بعد از انفجار بزرگ آغاز شده است.

کوازارها با درخشندگی چشمگیر ذاتی خود ابزار فوق العاده ای برای بررسی روند بازیونیزیدگی هستند و مثل چراغ قوه ای برای روشن کردن فواصل کهکشانی عمل می کنند. ولی کوازارهایی که با تلسکوپ های نوری شکار شده اند فقط می‌توانستند تا 870 میلیون سال بعد از انفجار بزرگ را ببیند که مربوط به زمانی است که فرایند یونیزه شدن ماده بین کهکشانی تقریبا کامل شده بود. نور کوازارهای که خارج از این بازه زمانی به زمین میرسند بدلیل انبساط جهان و انتقال به سرخ بسیار که ناشی از اثر دوپلر است، خارج از محدوده نور مرئی قرار میگیرند و در ناحیه فرو سرخ دورقرار میگیرد.

به تازگی پژوهشگرانی از کالج سلطنتی لندن با بررسی اشیا درخشان در ناحیه فرو سرخ موفق شدند یک کوازار (که به ULAS J1120+0641 نام گذاری شده است) متعلق به 770 میلیون سال بعد از انفجار بزرگ را کشف کنند. این کوازار جدید در حدود 100 میلیون سال پیرتر از پیرترین کوازاری است که قبلا با تلسکوپ های نوری کشف شده بود.

این کوازار باستانی در مطالعات فروسرخ اعماق آسمان در بریتانیا حین انجام یک پروژه هفت ساله کشف شد. چیزی که این کوازار به محققان نشان داده این است که حداقل در مقابل این کوازار در راستای خط دید آن و در آن برحه از تاریخ کیهان 10 درصد یا حتی شاید 50 درصد عالم را اتمهای هیدروژن خنثی تشکیل می‌داده. با رصد بیشتر این کوازار و شاید با کشف کوازارهای بیشتری با فاصله قابل مقایسه با این کوازار ستاره شناسان و کیهان شناسان بهتر می توانند از راز بازیونیزیدگی در تاریخ کیهان پرده بردارند.

برای اینکه این کوازار به این صورت بدرخشد، آن هم در دوران آغازین کیهان، بایستی تحت تاثیر سیاه چاله‌ای تقریبا دومیلیارد بار سنگین تر از خورشید یا 500 بار سنگین تر از سیاهچاله مرکز کهکشان ما بوده باشد. هیچ کس نمی داند چنین سیاه چاله پرجرمی چه گونه در زمانی نسبتا کوتاه و در آن شرایط کیهان شناختی پدید امده است. به عبارت دیگر اختر فیزیک دانان با جسمی کیهانی مواجهند که مثل کودکی تازه متولد ولی با قامت بزرگسالان است.

دنیل مارتلاک¹ (اختر فیزیک دان در امپریال کالج لندن) معتقد است که توجیه شکل گیری این جسم در ابتدای تاریخ عالم مشکلترین مسئله فرآیند شکل گیری است که تا به حال اختر فیزیک دانان با آن روبرو بوده اند. وجود این سیاه چاله غول پیکر، هم اکنون تبدیل به چالشی برای نظریه پردازان شده است.

لینک منبع 

فیزیکدانان می گویند جرم سیاهچاله ها باید گسسته باشد

پیش بینی ها اخیر، دوباره این پرسش را برجسته کرده اند که آیا شتابدهنده های ذرات می توانند سیاهچاله تولید کنند؟

پس از سال ها تمرکز بر روی سیاهچاله های غول پیکر که پس از رمبش ستارگان شکل می گیرند و سیاهچاله های بسیار پرجرم در مرکز کهکشان ها، فیزیکدان ها اخیرا شروع به مطالعه سیاهچاله های میکروسکوپی با جرم های بسیار کوچک کرده اند. یکی از دلایل مطالعه این اجرام این است که ممکن است آن ها در طی مهبانگ شکل گرفته باشند و تا جهان امروزی نیز وجود داشته باشند. وجود چنین سیاهچاله های اولیه ای یکی از توضیح های ممکن برای جرم گمشده عالم است.

یکی از دلایل دیگر که فیزیکدان ها به ریزسیاهچاله ها علاقه مند هستند، این است که برخی از نظریه پردازان پیش بینی می کنند که برخوردهنده بزرگ هادرونی (LHC) آن ها را تولید می کند. بنابراین، کار جیا دوالی و همکارانش در دانشگاه لودویک-ماکسیمیلان مونیخ در آلمان توجه زیادی را جلب کرده است. این دانشمندان می گویند که اگر سیاهچاله ها بر روی این مقیاس کوانتومی کوچک شکل بگیرند، جرم آن ها باید گسسته باشد. استدلال آن ها ساده است. اگر جرم سیاهچاله گسسته نباشد، جرم اصولا می تواند هر مقداری را بگیرد و اگر این طور باشد، آهنگ تولید ریزسیاهچاله ها بینهایت خواهد بود و آن ها می توانند در هر برخوردی و در هر انرژی شکل بگیرند. از آن جایی که به وضوح چنین نیست، جرم های ریزسیاهچاله ها باید گسسته باشد.

بلافاصله سوالات مهمی بروز می کند: چه موضوعی منجر به گسسته شدن جرم سیاهچاله ها می شود؟ دوالی و همکارانش، به شکلی منطقی استدلال می کنند که سیاهچاله ها باید در واحدهای طول بنیادی پلانک گسسته باشند. اما دقیقا معلوم نیست که چگونه این امر باعث خلق و فنای آن ها می شود.

آنها پیشنهاد می دهند که ابتدا، ریزسیاهچاله ها در پایین ترین حالت کوانتومی خودشان در LHC و به شکل تشدید کوانتومی ظاهر می شوند؛ آن چه فیزیکدانان ذرات، برآمدگی در داده‌هایشان می خوانند. در ابتدا تمایز بین آن ها و ذرات معمولی دشوار است، اما آزمایش های انرژی بالاتر باعث می شوند که سیاهچاله ها در حالات کوانتومی بالاتر نیز آشکار شوند.

هم اکنون، راهی برای این نیست که بفهمیم دقیقا در چه انرژی باید انتظار دیدن آن ها را داشته باشیم. دوالی و همکاران به درستی اشاره می کنند که: «برای کشف شکل دقیق قانون گسستگی برای کمترین تشدیدهای سیاهچاله، ما نیاز به ورودی های تجربی بیشتر داریم». مقاله آنها روشن می کند که فهم ما از ریزسیاهچاله ها سریعا در حال تغییر است.

لینک مقاله اصلی

لینک مقاله در وبلاگ

حافظه کوانتومی که در دمای اتاق کار می کند

فیزیکدان ها در انگستان، حافظه کوانتومی برای فوتون ها ساخته اند که در دمای اتاق کار می کند. این موفقیت بزرگ می تواند به پژوهشگران برای توسعه ابزارهای تکرارگر کوانتومی کمک کند تا اطلاعات کوانتومی را در فواصل طولانی ارسال کنند. بیت های کوانتومی یا «کیوبیت» های اطلاعات را می توان با فوتون ها انتقال داد و از کاربردهای فراوان آن ها مانند «رمزنگاری» سود جست. این طرح ها بر این واقعیت استوارند که فوتون ها، می توانند فاصله های نسبتا طولانی را بدون بر هم کنش با محیط طی کنند؛ مثلا کیوبیت های فوتونی قادرند که با دیگر کیوبیت ها، در حالت در هم تنیده باقی بمانند – حالتی که برای بسیاری از ایده های اطلاعات کوانتومی ضروری است.

هر چند حالت کوانتومی یک فوتون، به دلیل پراکندگی ناشی از حرکت در طی صدها کیلومتر در ماده ای مانند هوا یا فیبر نوری، به تدریج تغییر خواهد کرد(یا از بین خواهد رفت). در نتیجه، پژوهشگران در توسعه تکرارگرهای کوانتومی مشتاقند که سیگنال های که افت کیفیت دارند را ذخیره کنند و به جای آنها سیگنال های تازه نفس را دوباره گسیل کنند. یان والمسلی از دانشگاه آکسفورد می گوید: «از این طریق شما می توانید در هم تنیدگی را در فواصل بسیار طولانی ایجاد کنید.»

تعمیر دشوار

حافظه کوانتومی که فوتون ها را ذخیره و سپس بازگسیل کند، جزء اساسی یک تکرارگر کوانتومی است. دسته ای از حافظه های کوانتومی که تاکنون ساخته شده اند، در دماهای بسیار سرد یا شرایط خلا نگهداری می شدند. همچنین، آن ها تمایل دارند که تنها در محدوده ای باریکی از طول موج های نور کار کنند و کیوبیت ها را در بازه بسیار کوتاهی از زمان ذخیره نمایند. والمسلی و همکارانش، می گویند که امکان ندارد بتوان چنین سامانه های ظریفی را در ارتباطات کوانتومی بین قاره ای استفاده کنیم.چنین پیوندهایی باید از میان اقیانوس ها و دیگر مناطق دوردست بگذرند، در چنین مکان هایی نمی توان افراد را برای تعمیر سامانه های خلا و یا عیوب ناشی از تغییرات دما فرستاد.

به علاوه، آن ها باید طیف وسیعی از بسامدهای نور را جذب و داده ها را برای دوره های بسیار طولانی تر از طول یک پالس سیگنال، ذخیره نمایند. اما والمسلی، این ترکیب را «گامی کلیدی برای ساخت شبکه های بزرگ» می داند. بازه گسترده ای از بسامدها به این معنی است که حافظه می تواند حجم بیشتری از داده ها را در خود جای دهد، در حالی که زمان طولانی ذخیره، قرار دادن چند فوتون در حالت های کوانتومی مطلوب را تسهیل می کند.

والمسلی و تیمش، برای نیل به این هدف، ابری از اتم های سزیم را در حافظه کوانتومی قرار دادند که در دمایی کار می کند که به سادگی قابل حصول است: 62 درجه سانتی گراد. بر خلاف حافظه های کوانتومی قبلی، فوتون های ذخیره شده و باز گسیل شده، مجبور نیستند به بسامدی برسند که الکترون های سزیم تمایل به جذب آن دارند. به جای آن، پالسی از لیزر کنترل فروسرخ، فوتون ها را به «موج اسپینی» تبدیل می کنند؛ یعنی آن را در اسپین های الکترون سزیم و هسته ها جاسازی می کنند.

سیاه رنگ

والمسلی، ابر اتم های سزیم را با تکه شیشه ای شفاف مقایسه می کند که اجازه می دهد نور عبور کند. در گام اول لیزر شیشه را سیاه رنگ می کند و اجازه می دهد تا همه نوری که به آن می رسد، جذب شود. هر چند، بر خلاف شیشه اندود شده که نور به صورت گرما آزاد می شود؛ نوری که به ابر سزیم می رسد در موج اسپینی ذخیره می شود. تا 4 میکروثانیه، پالس دوم لیزر موج اسپینی را دوباره به فوتون تبدیل می کند و سزیم را دوباره نسبت به نور شفاف می کند. پژوهشگران می گویند که بازده 30% سزیم در جذب و بازگسیل فوتون ها، می تواند با پالس هایی با انرژی بالاتر لیزر کنترل، افزایش یابد؛ در حالی که زمان ذخیره می تواند با پوشش بهتر در برابر میدان های مغناطیسی محیط ارتقا یابد، این میدان ها اسپین های اتم های سزیم را مختل می کنند.

حتی در بازده 30% هم، بن بوچلر از دانشگاه ملی استرالیا در کانبرا، این ابزار را «چالشی بزرگ» می خواند زیرا باند گسترده ای از بسامدهای فوتون را جذب می کند. به علت اصل عدم قطعیت هایزنبرگ، پالس های تک فوتونی بسیار کوتاه منابع امروزی، انرژی های خوش تعریفی ندارند، بنابراین حافظه کوانتومی مفید باید بتوانند بلافاصله طیف گسترده ای از بسامدهای را جذب کند – که بوچلر می گوید حافظه های کوانتومی بازده بالا هنوز قادر به چنین کاری نیستند.

نویز مشکل نیست!

نویز پس زمینه یا فوتون های اضافی تولید شده در ابرهای سزیم که به فوتون های سیگنال مربوط نیستند، اهمیت اساسی برای حافظه های دمای اتاق دارند. والمسلی می گوید:«افراد فکر می کردند که اگر شما گازهای دمای اتاق را در حالت ذخیره استفاده کنید، نویز بسیاری خواهید داشت.»

دماهای نزدیک به صفر مطلق، این فوتون های اضافی را در حافظه های دیگر قرار می دهند. اما به دلیل این که پالس های کنترل و سیگنال در آزمایش گروه آکسفورد، از بسامدهای مطلوب سزیم دور هستند، ابرها کمتر مستعد برانگیختگی‌های فوتون هستند و سطح نویز حتی در دمای اتاق، کوچک باقی می ماند. هوگس دو ریتماتن از موسسه علوم فوتونیک در بارسلونای اسپانیا، می گوید که پژوهشگران نشان دادند که نویز باقی مانده در سامانه «بنیادی» است، یعنی به دلیل طراحی خاص آزمایش آن ها نیست. اگر پیشرفت ها نتوانند نویز را بیشتر کاهش دهند، حفظ یکپارچگی سیگنال در شبکه های پیچیده و بزرگ، چالش برانگیز خواهد بود.

او می گوید:«این رهیافت به شکل بالقوه بسیار جذاب است، زیرا منجر به حافظه کوانتومی برای کیوبیت های فوتونی در دمای اتاق می شود که موفقیتی عظیم برای دانش اطلاعات کوانتومی است.»

لینک مقاله اصلی

لینک مقاله در وبلاگ

اندازه گیری اسپین تک پروتون

به دنبال پیشنهاد هایی که برای درک ساختار پروتون ها داده شده، دانشمندان آلمانی توانستند برای اولین بار چرخش مغناطیسی اسپین یک تک پروتون به دام افتاده را بررسی کنند. این موضوع قدمی بزرگ برای درک بهتر خواص مغناطیسی پروتون است. به علاوه این روش برای اندازه گیری اسپین پاد پروتون هم مفید خواهد بود و مسلما به فهمیدن علت اینکه چرا در جهان میزان ماده از پادماده بیشتر است کمک خواهد کرد.

دانشمندان تا کنون نتوانسته بودند اسپین تک پروتون را اندازه بگیرند زیرا دو قطبی مغناطیسی یک تک پروتون بسیار کوچکتر از دوقطبی مغناطیسی الکترون یا پوزیترون است و آشکار سازی آن به مراتب دشوارتر. در روش های قبلی اندازه گیری را یر روی توده‌های پروتونی انجام میدادند در حالی که مسلما نمی توان از این روش برای پادپروتون ها که به مراتب کمیاب تر هستند استفاده کرد.

یکی دیگر از دستاوردهای مهم این آزمایش طراحی تله ای از خلا است که در آن با کمک میدان های الکتریکی و مغناطیسی می‌توان ذرات را محبوس کرد. نکته جالب در اینجاست که این تله می‌تواند یک تک پروتون را برای ماه‌ها درون خود محبوس نگه دارد. این آزمایش توسط پژوهشگرانی در دانشگاه جانسون کوتنبرگ و انیستیتو هلمهولتز در مانیز آلمان صورت گرفته است.

در مورد روند انجام این آزمایش که 5 سال به طول انجامیده است استفان المار یکی از اعضای انیستیتوی هلمهولتز اینگونه توضیح می دهد : "این آزمایش بسیار چالش بر انگیز است و می بایست با دقت بسیار بالایی انجام پذیرد.در دو سال اول ما تله و دستگاه‌های برودتی لازم و سیستم های بسیار حساس ابررسانای لازم برای آزمایش را طراحی کردیم در سال سوم موفق شدیم که دستگاه را کار بیا ندازیم و در دو سال آخر دستگاه را ارتقا داده و بعضی قسمت ها را دوباره ساختیم و در نهایت بعد از چهار سال و نیم موفق به مشاهده جهت اسپین یک تک پروتون شدیم."

با اعمال میدان مغناطیسی اسپین تک پروتون گیر افتاده در تله در جهت معینی قرار می گیرد . دانشمندان با اعمال یک میدان مغناطیسی خارجی پروتون را به جرکت فرفره‌ای وا میدارند. ایجاد میدان مغناطیسی غیر یکنواخت درون تله باعث می شود که بسامد این جرکت به جهت اسپین بستگی داشته باشد. هر تغیر کوچکی در این فرکانس به ما می فهماند که جهت گیری اسپین عوض شده و نهایتا با کمک این مفهوم می توان جهت اسپین را معین کرد. در حال حاضر این آزمایش با دقت مرتبه 4 انجام شده اما بنا به گفته المر دانشمندان به دنبال این هستند که حداقل این دقت را تا مرتبه 9 افزایش دهند.

در جستجوی پاد ماده:

محققان دوست دارند که از این روش در آینده نزدیک برای اندازه گیری اسپین پاد پروتون ها استفاده کنند . احتمالا از این روش می توان در آزمایشگاه هایی که در آن پادپروتون ها با انرژی کم در حدود 5.3 مگا الکترون ولت انجام می شوند مثل سرن استفاده کرد و پادپروتون ها را به دام انداخت.

جفری هنگست که روی پروژه آلفا در سرن کار می کند می گوید: "این آزمایش سخت و برجسته است . من بسیار خوشحالم که این محققان به چنین موفقیتی به دست آورده اند و اگر امکان انجام این آزمایش را داشته باشیم می توان ماده و پاد ماده را زیر میکروسکوپ گذاشت و بررسی کرد."

البته با وجود پیشرفت های آزمایش آلفا باز هم اندازه گیری دوقطبی مغناطیسی آنتی پروتون به این سادگی ها نیست . البته این گروه آزمایشگر امیدوار است که با تغیراتی در این روش بتواند به بررسی تقارن CPT در مدل استاندار بپردازند.

لینک مقاله اصلی

لینک مقاله در وبلاگ

بازار داغ ماده‌ی تاریک

پس از سال‌ها شک و تردید در باره‌ی وجود ماده‌ی تاریک، شمار روزافزونی از آزمایش‌ها نشان می‌دهند ماده‌ی تاریک شاید پیش این هم پیدا شده باشد.
عالم را ماده‌ئی اسرارآمیز و نامرئی پر کرده است که پذیرای برهم‌‌کنش با نور نیست: نور را بازنمی‌تاباند و جذب هم نمی‌کند. اما ستاره‌شناس‌ها می‌دانند این ماده وجود دارد زیرا آثار گرانشی‌ی آن بر مواد مرئی را مشاهده می‌کنند. این ماده را ستاره‌شناس‌ها ماده‌ی تاریک می‌خوانند. اما مشکل این است که اگر ماده‌ی تاریک وجود داشته باشد باید به مقدار زیاد وجود داشته باشد. ستاره‌شناس‌ها تخمین می‌زنند 83 درصد جرم عالم باید ماده‌ی تاریک باشد و فقط 17 درصد بقیه ماده‌ی مرئی‌ست.

این ماده‌ی تاریک باید منظومه‌ی شمسی، زمین، و محیط اطراف ما را فرا گرفته باشد ولی فیزیکدان‌ها وقتی دنبال این ماده می‌گردند هیچ پیدا نمی‌کنند... دست‌کم بیشترشان چیزی پیدا نمی‌کنند! طی ی چند سال گذشته یک گروه فیزیکدان که 250 کیلوگرم سدیم‌یدید آلاییده به تالیم را ته ِ معدنی در ایتالیا گذاشته‌اند فریاد می‌زنند که ماده ی تاریک را مشاهده کرده اند. این طور گمان می‌رود که از برخورد ذره‌ی عجیب و غیرعادی‌ی ماده‌ی تاریک با یکی از هسته‌های بلور، فوتونی تولید خواهد شد که آشکارگرهای حساس ِ نور در نزدیکی‌ی بلور آشکار خواهند کرد.

آزمایش آنها DAMA/LIBRA نام دارد و نتایجش بحث‌انگیز بوده است. البته هر نوع ذره‌ی دیگر نیز می‌تواند در برخورد با بلور فوتون تولید کند. بنابراین تابش کیهانی، نوترون‌های حرارتی، پرتوزایی‌ی زمینه نیز در آزمایش دیده خواهد شد به‌عبارت دیگر همهمه زیاد است. اما برای جدا کردن سیگنال ماده‌ی تاریک از این پس‌زمینه راهی هست. خورشید در گذر از کهکشان از دریای ماده‌ی تاریک نیز می‌گذرد. زمین نیز به دور خورشید می‌گردد و این دریای ماده‌ی تاریک در برخی مواقع با سرعت بیشتر و در مواقع دیگر سال کند تر از این دریا عبور خواهد کرد. بنابراین سیگنال ماده‌ی تاریک باید مدولاسیون سالانه داشته باشد.

پژوهشگران آزمایش DAMA/LIBRA مدعی هستند دقیقاً چنین چیزی را دیده‌اند. سیگنال آنها در ماه مه به اوج می رسد و سپس افت می‌کند. این سیگنال ضعیف و موقتی نیست و این افراد می‌گویند شواهد آماری آن قدر واضحند که تقریبا هیچ امکان اشتباه وجود ندارد. اما بیشتر اخترفیزیکدان‌ها به نتایج DAMA/LIBRA توجهی نمی‌کنند و حتی آزمایش را مسخره می‌کنند. دلیلش این است که آشکارگرهای ماده‌ی تاریک در انتهای معادن گوشه‌وکنار دنیا فراوان وجود دارند که هیچ چیزی ندیده اند و نسبت به بسیاری از این آزمایش‌ها اطمینان بیشتری وجود دارد زیرا همهمه‌ی پس‌زمینه برخاسته از تابش کیهانی و غیره را حذف می کنند. این آزمایش‌ها باید فقط ماده‌ی تاریک را ببینند و نمی‌بینند... البته تا کنون ندیده بودند! چند هفته پیش گروهی که با آشکارگری به نام CoGeNT در ته معدنی در مینه‌سوتا کار می‌کند اعلام کرد شواهدی بسیار شبیه به شواهد آزمایش DAMA/LIBRA پیدا کرده‌اند. شاهد آنها از نظر آماری به قدرت آزمایش DAMA/LIBRA نیست اما مدولاسیون آن دقیقاً همان شکل را دارد یعنی در اواخر آوریل یا اوایل مه به اوج می‌رسد.

امروز دن هوپر از آزمایشگاه شتابگر ملی ی فرمی و کریس کِلسو از دانشگاه شیکاگو داده‌های CoGenT و DAMA/LIBRA را مرور کرده‌اند و می‌گویند با هم سازگارند. "اگر فاز حقیقی در اوایل مه به اوج می‌رسد این نماینده‌ی مدولاسیونی سازگار با گزارش‌های گروه‌های همکار در آزمایش DAMA/LIBRA است." با توجه به شک و تردیدی که بسیاری از پژوهشگران نسبت به گروه پژوهشی‌ی DAMA/LIBRA نشان داده‌اند این گفته بسیار مهم است.

اما شواهد به همین‌جا ختم نمی‌شود. هوپر و کلسو هم‌چنین می‌گویند که نوع ماده‌ی تاریکی که از این نتایج برمی‌آید با شواهد غیرمستقیم دیگر در باره‌ی ماده‌ی تاریک در آزمایش‌های دیگر نیز سازگار است. چیزهائی مانند طیف گامائی که تلسکوپ فضایی‌ی پرتوهای گامای فرمی مشاهده کرده، و غباری که WMAP دیده و گمان می‌رود از گسیل فوتون از الکترون‌های نزدیک به مرکز کهکشان برخاسته باشد. آنها می‌گویند آزمایشی دیگر به‌زودی نتایجی منتشر خواهد کرد که ادعاهای DAMA/LIBRA و CoGeNT را تأیید می‌کند: "گروه‌های همکار پروژه‌ی CRESST افزایشی در داده‌هاشان گزارش کرده‌اند که به‌تقریب با ذرات ماده‌ی تاریک از نوع CoGeNT سازگار است." بنابراین دنیای پژوهش‌های ماده‌ی تاریک در عرض تنها چند ماه سر و ته شده است و پس از سال‌ها گزارش ها ی منفی، ناگهان گزارش‌های مانند بهمن بر سرمان می‌ریزد.

این نکته موضوع را برای روان‌شناسان نیز جالب خواهد کرد چون می‌توانند دینامیک رفتارهای گروهی را بررسی کنند. فرآیندی که ایده‌های علمی را حقایق علمی می‌کند واضح نیست و عجیب به نظر می‌آید. اما حقیقت این است که تأثیر ضعف‌های انسان بر این فرآیند با تأثیرش بر دیگر زمینه‌ها متفاوت نیست و به یک اندازه از مد روز و تغییرات ناگهانی‌ی افکار عمومی اثر می‌پذیرد. جالب خواهد بود بدانیم مورخان علم از این داستان خاص چه برداشتی خواهند کرد.

لینک مقاله اصلی

لینک مقاله در وبلاگ

تولید نور از هیچ!

تیمی از فیزیکدانانِ سوئدی مدعی‌اند که موفق به تولید جرقه‌هایی از درون خلأً مطلق شده‌اند. اگر چنین کشفی به تایید برسد، یکی از نامتعارف‌ترین مدارک برای تایید فرضیات مکانیک کوانتومی در سالیان اخیر خواهد بود و به‌گفته «جان پندری» (John Pendry)، فیزیکدان نظریِ ایمپریال کالج لندن، «شاخص حایز اهمیتی» در تأیید این قلمرو شک‌آلوده از فیزیک جدید خواهد بود.

پژوهشگرانِ وابسته به دانشگاه صنعتی «چالمرز» در شهر گوتنبرگ سوئد، شرح این کشف احتمالی خود را همین هفته طی یک کارگاه علمی در شهر «پادوا» ایتالیا ارائه خواهند داد. آنان فعلاً پیش‌نویس مقاله‌شان را در وب سایت arXiv.org منتشر کرده‌اند؛ اما حاضر به مصاحبه با خبرنگاران نشده اند؛ چراکه پژوهش‌های‌شان هنوز مورد بازبینی دقیق قرار نگرفته است. نشریات علمی معتبری نظیر نیچر، تا پیش از تأیید نهایی کشفیات، مانع از گفت وگوی دانشمندان با رسانه‌های جمعی می‌شوند.

با این‌حال، دانشمندانی که به طور مستقیم ارتباطی با این تیم پژوهشی نداشته‌اند، این کشف را حائز اهمیت بسیار می‌دانند. «فدریکو کاپاسو» (Federico Capasso) فیزیکدان تجربی دانشگاه هاروارد در کمبریج ماساچوست، که مشغول بررسی آثار تجربی همین پدیده‌های کوانتومی‌ست، آزمایش اخیر دانشمندان سوئدی را «یک پیشرفت بزرگ» می‌خواند.

بن‌مایه این آزمایش، یکی از عجیب‌ترین و البته مهم‌ترین اصول مکانیک کوانتومی است: اینکه هرچند در خلأ، هیچ چیزی وجود ندارد، اما مطابق پیش‌بینی‌های مکانیک کوانتومی، خلأ هم محیط کف‌آلود و آشوبناکی از ذراتی است که هرلحظه تولید و نابود می‌شوند. مدت‌زمان حضور هر ذره به حدی اندک است که غالباً آن‌ها را «ذرات مجازی» می‌نامند؛ اما با این وجود هنوز آثار ملموسی را هم از خود به جا می‌نهند. مثلاً اگر دو صفحه را به فاصله فوق‌العاده نزدیک از هم قرار دهیم؛ تعداد این ذرات مجازیِ نوری یا همان فوتون‌هایی که مابین دو صفحه واقع می‌شوند، محدود می‌شود. چنین محدودیتی بدین‌معناست که ذرات مجازیِ بیشتری در بیرونِ دو صفحه (نسبت به فضای مابین‌شان) واقع می‌شوند و همین عدم تعادل، به تولید نیرویی ختم می‌شود که دو صفحه را به‌سمت هم هل می‌دهد. این نیرو که اصطلاحاً «نیروی کازیمیر» (Casimir Force) خوانده می‌شود، آن‌قدر کشش دارد که فیزیکدانان توانسته‌اند آن را در آزمایشگاه‌های‌شان محاسبه کنند.
 
از مجازی به حقیقی

نظریه‌پردازان، تا چندین دهه، پیش‌بینی مشابهی را در خصوص یک صفحه می کردند که با سرعت نزدیک به نور در محیط خلأ جابه جا شود. طبق این فرضیه، صفحه مزبور، طی چنین حرکتی قادر به دریافت انرژی از ذرات مجازیِ پیش روی خود و گسیل مجددشان به‌صورت فوتون‌های حقیقی می‌شود. این پدیده تنها زمانی رخ خواهد داد که صفحه با سرعتی نزدیک به سرعت نور در خلأ حرکت کند و این، تقریباً برای ابزارآلات مکانیکی ِ روزمره فیزیکدانان غیر ممکن است.

«پر دلسینگ» (Per Delsing)، فیزیکدانی از دانشگاه صنعتی چالمرز و همکارانش، این مشکل را به‌کمک یک قطعه الکترونیکی کوانتومی، موسوم به «ابزار تداخل‌سنج ابررسانای کوانتومی» یا مختصراً SQUID، حل کرده‌اند. این تیم، دست به طراحی ِ یک مدار الکترونیکی ِ ابررسانا زدند که در آن یک SQUID، نقش صفحه متحرک آزمایش‌مان را بازی می‌کرد. این فیزیکدانان، با روش هوشمندانه‌ای موفق شدند که با عبور دادنِ یک میدان مغناطیسی از بین SQUID، آن را اندکی جابه جا کرده و پس از تغییر جهت میدان مغناطیسی القایی، و تولید همان جابه جایی (این‌دفعه در جهت معکوس) و تکرار چندمیلیاردباری این کار در هر ثانیه، سرعت صفحه را به حدود پنج درصد سرعت نور برسانند؛ سرعتی که برای تشخیص اثر پیش‌بینی‌شده کفایت می‌کرد. به ادعای این دانشمندان، نتیجه این آزمایش، بارانی از فوتون‌های میکروویو شد که به‌شکلی خودانگیخته از خلأ «تولید» می‌شدند. آزمایشات گروه، نشان از این می‌داد که فرکانس این امواج، تقریباً نصف فرکانس حرکت رفت‌وبرگشتی صفحه است و این، دقیقاً مطابق با پیش‌بینی‌های مکانیک کوانتومی بود.

کاپاسو، چنین آزمایشی را «بسیار هوشمندانه» می‌خواند و شک دارد که بتوان از چنین اثر ناچیزی، فواید تجربی چشمگیری را به‌دست آورد؛ چراکه نرخ تولید فوتون‌های خودانگیخته چندان زیاد نیست، اما وی این آزمایش را یک اثبات دل‌پسند از اصول مکانیک کوانتومی دانسته و امیدوار است که یک صفحه فلزیِ متحرک، نور قابل ملاحظه‌ای را از خلأ ایجاد کند.

او معتقد است که سامانه‌های میکرومکانیکی، در آینده قادر به رساندن سرعت صفحه به حدود مطلوب‌ تولید چنین نوری هستند. پندری می‌گوید اگر این مشاهدات به تأیید رسد، سیل هیجان فیزیکدانان را هم به دنبال خواهد داشت: «پژوهش در این زمینه، محرک شوق قابل توجهی در دل فیزیکدانان خواهد بود.»

لینک مقاله اصلی به نقل از Nature

لینک مقاله در وبلاگ

سیارات سرگردان

ستاره‌شناسان گونه‌ای از سیارات را کشف کرده‌اند که به دور از نور هر ستاره‌ای، در تاریکی فضا سرگردانند. به اعتقاد آنان چنین سیاراتی در زمان تکوین منظومه‌های سیاره‌ای به بیرون رانده شده‌اند.
این یافته بر اساس پیمایشی مشترک میان نیوزلند و ژاپن، در طول سالهای ۲۰۰۶ و ۲۰۰۷، با بررسی مرکز کهکشان راه شیری، شواهدی دال بر وجود بیش از ۱۰ سیاره سرگردان به اندازه مشتری ارائه کرده است. این کرات منزوی ،تقریبا ۱۰۰۰۰ تا ۲۰۰۰۰ سال نوری از زمین فاصله دارند.

ماریو پرز از دانشمندان برنامه سیارات فراخورشیدی ناسا می‌گوید: اگرچه وجود چنین سیاراتی قبلا پیشبینی شده بود، اما کشف آن‌ها مدلهای دیگری از تکامل سیارات را در اختیار ما قرار خواهد داد. به اعتقاد دانشمندان، این کشف نشان می‌دهد که تعداد این سیارات جه بسا از تعداد ستارگان و نیز سیارات دوار به گرد آن‌ها نیز بیشتر باشد. نشریه نیچر، جزئیات بیشتری از این تحقیق را، به سرپرستی تاکاهیرو سومی از دانشگاه اوزاکا ژاپن، نوزدهم می منتشر کرده است. دیوید بنت از ناسا می‌گوید: به روش سرشماری نفوس، ما بخشی از کهکشان را به عنوان نمونه برگزیدیم و آنچه را که در این بخش یافته‌ایم به کل کهکشان تعمیم می‌دهیم. این پیمایش به سیارات کوچک‌تر از زحل و مشتری حساس نیست. اما تئوری‌ها نشان می‌دهند که سیارات کم جرم‌تر و به اندازه زمین ،بسیار بیشتر از سیارات بزرگ‌تر، از ستارگان مادرشان به بیرون دفع می‌شوند. 

مشاهدات پیشین، حاکی از وجود تعدادی اجرام سرگردان شبیه به سیارات است که در زمان تکوین خوشه‌های ستاره‌ای، با جرمی بیش از سه برابر مشتری تشکیل شده‌اند. اما دانشمندان گمان می‌کنند که نحوه شکل گیری این اجرام گازی به تولد ستارگان بیشتر شباهت دارد تا سیارات. این کرات کوچک و تاریک در اثر رمبش توده‌های گاز و غبار بوجود می‌آیند اما جرم کم آن‌ها، انرژی لازم برای شروع گداخت هسته‌ای و تابش را تامین نمی‌کند. به نظر می‌رسد که کوچک‌ترین کوتوله‌های قهوه‌ای، جرمی به اندازه سیارات بزرگ دارند. احتمالا برخی از سیارات در اثر مواجه گرانشی نزدیک با سایر سیارات یک منظومه ستاره‌ای آشفته یا حتی خود ستاره مادر، از زادگاه خود به بیرون رانده شده‌اند. بدون یک ستاره مرکزی، این سیارات سرگردان، سر انجام در مداری پایدار، گردش خود به دور مرکز کهکشان را آغاز کرده‌اند.

به اعتقاد دانشمندان این پروژه، اگر سیارات سرگردان همانند ستارگان متولد شده باشند، انتظار می‌رفت که ما در این پیمایش به جای ۱۰ سیاره، موفق به کشف یک یا دو تای آن‌ها می‌شدیم. نتایج این تحقیقات نشان می‌دهند که ناپایدار شدن سامانه‌های سیاره‌ای، سرانجام موجب رانده شدن برخی از سیارات (خصوصا سیارات کم جرم‌تر منظومه) از محل تولدشان می‌شود. مشاهدات، قادر به تعیین احتمال قرار گرفتن این سیارات در مدارهای بسیار دور، به دور دیگر ستارگان نمی‌باشند. اما دیگر تحقیقات نشان می‌دهند که احتمال گردش سیارات سرگردانی که به اندازه مشتری هستند، به دور ستاره‌ای دیگر، هرچند در مداری دور دست، بسیار اندک است. در این پیمایش، از پدیده ریز عدسی‌های گرانشی استفاده شده است. زمانیکه یک سیاره یا ستاره از مقابل ستاره بسیار دوری عبور می‌کند، گرانش ناشی از جرم آن موجب انحراف نور ستاره زمینه خواهد شد و همانند یک عدسی، آنرا بزرگ‌تر و درخشان‌تر نشان می‌دهد. گذر سیارات کوچک‌تر از مقابل یک ستاره دور (نسبت به خط دید ما) تنها برای چند روز موجب تعییر اندک در اندازه و درخشندگی ستاره خواهد شد.

 

بازدیدکنندگان عزیز؛ توجه نمایند که این ترجمه دقیق پست قبل نیست، بلکه ترجمه ای از مقاله منتشر شده در سایت ناسا میباشد که دوست عزیزم "آرش اسماعیلی" زحمت ترجمه آنرا کشیده اند.

لینک مقاله در وبلاگ

فیزیکدانان آنسامبل اسپینی را مونتاژ کردند

کامپیوتر های کوانتومی داده ها را به عنوان بیت هایی با ارزش صفر یا یک ذخیره می کنند که محاسبات کوانتومی آن ها به عنوان کوبیت ذخیره می شود به طوری که در یک زمان می تواند بیش از یک مقدار را به خود اختصاص دهد. کوبیت ها در واقع حالات کوانتومی هستند که در فوتون ها با دیگر ذرات گیر افتاده امکان انتقال اطلاعات را به صورت آنی صرف نظر از فاصله ی جدایی آن ها فراهم می کنند.

نتیجتا کامپیوتر های کوانتومی به صورت بالقوه امکان پردازش و ذخیره ی اطلاعات بسیار زیاد با سرعتی بی سابقه  را داراست که با استفاده از آن می توان به حل مسایل مهم از قبیل شبیه سازی فرآیند های بیولوژیکی پیچیده و یا پدیده های عجیب دنیای کوانتوم رسید.

از جمله ی ای این رویکرد ها در  محاسبات کوانتومی تخدیر سیلیکون با آلودگی است که می تواند الکترون های تکتایی را به سیلیکون بدهد. در این روش اطلاعات کوانتومی هم در حالت اسپینی دوالکترون و هم در هسته ی پذبرنده ی الکترون ذخیره می شود و نهایتا این هسته ها و ذرات می توانند جمع شوند و جفت  کوبیت را تشکیل دهند. مزیت بزرگ این روش در این است که سیلیکون قبلا به صورت چندین بار در ایجاد پردازش هایی در همان مکان استفاده شده است. 

 

سازگاری فوق العاده

در حال حاضر استفان سایمونز در دانشگاه آکسفورد و یک گروه بین المللی نشان داده اند که می توان با تولید کوبیت هایی بوسیله ی تغلیظ بلور سیلیکون با اتم های فسفر دار به این روش رسید.سایمونز و همکارانش با سرد کردن ماده تا 3 کلوین و قرار دادن آن در پالس های مایکروویو و رادیویی توانستند 10 به توان 10 الکترون گیر افتاده با هسته های فسفر دار در چیزی که آن ها آنسامبل اسپینی می نامند ایجاد کنند.( Entanglement) گیر افتادگی با سازگاری 98% از طریق انتشار امواج مایکروویو از بلور سیلیکون تایید شد.

سایمون در سایت physicsworld.com بیان کرد: ما بطور موثر میلیون ها کپی از اطلاعات کوانتومی مشابه در جایی که تمام اسپین ها به یک صورت  رفتار می کنند؛ ایجاد کرده ایم. او در ادامه گفت: بخشی از فواید ایجاد کپی های زیاد تقویت اطلاعات کوانتومی است که بدین وسیله محققان می توانند تایید کنند که ذرات در حقیقت گیر افتاده اند.

جرمی ا براین (Jeremy O'Brien) محقق اطلاعات کوانتومی دانشگاه بریستول بر این پیشرفت مهم توافق دارد و بر اهمیت نمایش قابلیت یک سیستم اسپینی الکترون-هسته ای فسفردار با یک سیستم مشابه تاکید دارد. او گفت: کنترل منحصربفرد و خوانش برای محاسبات کوانتومی ضروری است چرا که توانایی گیر افتادگی بسیاری از سیستم های اسپینی را با یکدیگر خواهد داشت. شما به حالت یک سیستم اسپینی برای تاثیر بر حالت اسپینی دیگر در جهت کنترل واقعی قدرت کامپیوتر های کوانتومی احتیاج خواهید داشت.

سایمونز بیان کرد گروهش در حال حاضر روش های انتقال اطلاعات را تحقیق می کند که یکی از روش ها فرستادن پالس های الکتریکی از طریق مواد برای حرکت فیزیکی کوبیت های الکترونی است. او می گوید شخصا با امکان محاسبات کوانتومی و بازدهی قابل تعمیم آن برانگیخته شده است چرا که می تواند در جهت مطالعات علمی نظیر جاسازی پروتئین(یک فرآیند کلیدی بسیاری از واکنش های بیولوژیکی) استفاده شود.

به نقل از وبلاگ گروه فیزیک دانشگاه صنعتی اصفهان

لینک مقاله اصلی

لینک مقاله در وبلاگ

آینده ی کیهان شناسی در این عالم تاریک، درخشان به نظر می رسد

کیهان شناسان می توانند خوشحال باشند: آنها از حالا به مدت یک تریلیون (1012) سال – حتی پس از آنکه انبساط عالم تقریباً همه ی کهکشان ها را به خارج از دیدرس ما فرستاده است – می توانند به کار خود ادامه دهند. این نتیجه گیری منجمی در ایالات متحده است، که استدلال می کند سیاهچاله ی عظیمی که در مرکز کهکشان ما است، ستاره هایی را از خود خارج می-سازد که کیهان شناسان آینده می توانند از آنها برای پی بردن به انبساط عالم استفاده کنند.
از اواخر دهه ی نود که منجمان از انفجار ابر نو اخترهای کهکشان های دوردست برای کشف این موضوع که شتاب انبساط عالم مثبت است استفاده کردند، آینده ی کیهان شناسی بی ثمر به نظر می رسید. پس از حدوداً صد میلیارد سال تقریباً تمام کهکشان ها آنقدر از ما دور شده اند که نورشان به ما نمی رسد. در نتیجه هیچ ناظری در آینده نمی تواند بفهمد که عالم در حال انبساط است. به علاوه تابش پس زمینه ی کیهانی – که به نوعی پستابهای انفجار بزرگ و مدرکی مهم از مبدأ عالم است – ضعیف تر از آنی می شود که قابل آشکارسازی باشد.

سناریوی استاندارد غلط است
در اکتبر 2010 آبراهام لوب (Abraham Loeb) در یک کنفرانس عمومی در مرکز اخترفیزیک هاروارد-اسمیتسونی در کمبریج، ماساچوست، این مشکلات را بازگو کرد. لوب که استاد نجوم در دانشگاه هاروارد است گفت: "مردم بسیار علاقه مند شده بودند و پس از جلسه پیش من آمدند. یک نفر گفت: "چرا مقاله ای در این باره نمی نویسید؟" و من گفتم: "در موردش فکر خواهم کرد"، و بعداً که در موردش فکر کردم متوجه شدم که درست نیست: در آینده ی دور، راهی برای بررسی سناریوی استاندارد کیهانشناسی که اکنون در اختیار داریم خواهد بود."
در طرح پیشنهادی لوب ستاره های ابر سریع راه گشا خواهند بود. در سال 1988 جک هیلز (Jack Hills)، که در آن زمان در آزمایشگاه بین المللی لوس آلاموس در نیو مکزیکو مشغول به کار بود، اعلام کرد که اگر یک ستاره ی دو تایی به سیاهچاله ی عظیم مرکز کهکشان راه شیری نزدیک شود، یکی آز آنها می تواند به درون سیاهچاله سقوط کند. این ستاره مقدار زیادی انرژی از دست خواهد داد و طبق قانون بقای انرژی جفت آن مقدار زیادی انرژی به دست خواهد آورد و با سرعت بسیار زیادی خواهد گریخت.

ستاره های ابر سریع نجات بخش خواهند بود
در سال 2005 وارن براون (Warren Brown) از مرکز اخترفیزیک هاروارد-اسمیتسونی و همکارانش کشف اولین ستاره¬ی ابر-سریع را اعلام کردند. منجمان از آن پس بیش از دهها ستاره ی دیگر پیدا کرده اند. لوب می گوید: "این ستاره های ابر سریع نجات بخش خواهند بود"، چونکه حتی یک تریلیون سال بعد نیز سیاهچاله ی مرکز کهکشان، ستاره به بیرون پرتاب می کند. این ستاره-ها احتمالاً کوتوله های سرخ خواهند بود، خورشیدهای تاریکی که برای تریلیون ها سال می توانند زنده بمانند.
اما لوب انتظار دارد خیلی پیش از آن کهکشان راه شیری و آندرومدا که 2.5 میلیون سال نوری با ما فاصله دارد، به هم بپیوندند و کهکشان بزرگتری درست کنند که او آن را "میلکومدا" (Milkomeda) می نامد. همینکه یک ستاره ی ابر سریع میلکومدا را ترک کند، گرانش کهکشان ابتدا آن را کند می کند، اما سرانجام انبساط تند شونده ی عالم حرکت آن را تسریع می نماید. لوب می-گوید: "با دنبال کردن حرکت این ستاره ها، یک کیهان شناس در آینده می تواند به وجود ثابت کیهان شناختی پی ببرد". ثابت کیهان شناختی نمایانگر نیروی دافعه ی فضای خالی است و باعث می شود شتاب انبساط عالم مثبت باشد.
هرچه جرم میلکومدا بیشتر باشد، فاصله ای که انبساط عالم در آن بازنمود خواهد داشت بیشتر خواهد شد. لوب محاسبه کرده است که اگر میلکومدا جرمی 2 تریلیون برابر جرم خورشید داشته باشد، این فاصله ی گذار در مسافتی به اندازه ی 4.4 تریلیون سال نوری از ما رخ خواهد داد. اما اگر میلکومدا 10 تریلیون برابر خورشید جرم داشته باشد، این فاصله 7.5 میلیون سال نوری خواهد بود.

به اندازه ی کافی روشن نیست؟
لارنس کراوس (Lawrence Krauss) در دانشگاه ایالت آریزونا در تمپ، که پیش از این پتانسیل ستاره های فوق سریع را بررسی کرده بود، در این باره کمی مشکوک است. کراوس می گوید: "در حال حاضر با وجود ابر نو اختر ها – روشنترین اجسام موجود در عالم – ما به سختی قادر به کشف وجود یک ثابت کیهان شناختی هستیم. اینکه بتوانیم از یک ستاره ی منحصر به فرد برای اندازه گیری انبساط عالم استفاده کنیم ممکن است به سختی از نظر فیزیکی ممکن باشد، اما چقدر محتمل است؟". کراوس فکر نمی کند که تمدنی در یک تریلیون سال بعد به میلکومدا و کهکشان های اطرافش به عنوان کل عالم که توسط فضای خالی و سکون احاطه شده است نگاه کند و انگیزه ای برای صرف مبالغ عظیم به منظور دنبال کردن تغییرات جزئی در سرعت چند ستاره-ی دور و تاریک نداشته باشد.
لوب در جواب می گوید که این ستاره ها هزارها برابر نزدیک تر از دورترین ابر نو اخترهای امروزی خواهند بود و آن تمدن یک تریلیون سال وقت خواهد داشت تا یک تلسکوپ بزرگ برای مطالعه ی ستاره های در حال فرار تهیه کند. لوب مقاله اش را در ژانویه¬ی امسال پس از یک بوران عظیم در نیو انگلند نوشت. او در این باره می گوید: "باعث شد تا کسی مزاحمم نوشد و خواسم را پرت نکند".

 ترجمه از: سپهــر

لینک مقاله اصلی

لینک مقاله در وبلاگ

مکانیک کوانتومی از پس چالش جدید برمی‌آید

آزمودن نابرابری‌ی لگت: نمودار آزمایش سونیا فرانکه-آرنولد و همکارانش؛ داخل عکس نمایشی از حالت‌های مختلف تکانه‌ی زاویه‌ای‌ی مداری ست.

از زمانی که مکانیک کوانتومی فرمول‌بندی شده است فیزیکدان‌های پرشمار از جمله آلبرت اینشتین با مفهوم درهم‌تنیدگی مشکل داشتند و به‌دنبال نظریه‌های جانشین بوده‌اند: به‌نظر می‌رسد مکانیک کوانتومی با تجربه‌های هرروزی‌ی ما بیگانه است زیرا آن‌چه را ویژگی‌ی واقعیت بیرونی می‌انگاریم یعنی این چشم‌داشت ‌را که شیءها حتی زمانی که مشاهده‌شان نمی‌کنیم خواص مشخص دارند نقض می‌کند. هم‌چنین به‌نظر می‌رسد مکانیک کوانتومی مستلزم واکنش آنی‌ی ذرات نسبت به رخ‌دادهای دوردست است و در نتیجه با اصل جای‌گزیدگی نیز در تناقض است که ارتباط بین اشیای دور از هم با سرعتی بیش از سرعت نور را ناممکن می‌داند. این خصلت‌های غیرعادی‌ی مکانیک کوانتومی را جان بل در نابرابرِی‌ی معروف خود بیان کرده است. بل نشان داد که ترکیب خاصی از اندازه‌گیری‌ها برای ذراتی که به‌شکل یک‌سان آماده شده‌اند در نظریه‌هائی که از واقعی‌انگاری و جای‌گزیدگی تبعیت می‌کنند کران‌دار هستند (از نابرابری‌ئی تبعیت می‌کند). او در عین حال نشان داد که پیش‌بینی‌ی مکانیک کوانتومی برای این اندازه‌گیری‌های ذرات درهم‌تنیده این نابرابری را نقض می‌کند. برای نمونه در آزمایش‌های بل دو مشاهده‌گر دور از هم، قطبیدگی‌ی ذرات‌ درهم‌تافته را در جهت‌های متفاوت اندازه‌ می‌گیرند و هم‌بستگی بین‌ این اندازه‌گیری‌ها را محاسبه می‌کنند. در دهه‌ی ۱۹۷۰ استوارت فریدمن و جان کلاؤزر و در دهه‌ی ۱۹۸۰ آلن اسپه این نوع آزمایش‌ها را انجام دادند و با اندازه‌گیری قطبیدگی فوتون‌های درهم‌تنیده درستی‌ی مکانیک کوانتومی را تأیید کردند.

جامعه‌ی فیزیک معمولا با این نکته که دنیای کوانتومی با "واقعی‌انگاری‌ی جای‌گزیده" تناقض دارد کنار آمده است اما در سال ۲۰۰۳ آنتونی لگت از دانشگاه ایلی‌نوی در اوربانا-شمپین تلاش کرد که با فداکردن جای‌گزیدگی، واقعی‌انگاری را به فیزیک بازگرداند. اگر دو موجود بتوانند هم‌بستگی‌هاشان را از راه ارتباط آنی نظم بدهند خواهند توانست خصوصیات مشخص داشته باشند. این طرح واقعیت‌پذیر اما جای‌ناگزیده آزمون بل را ارضا می‌کند اما آیا می‌تواند دنیای کوانتومی را نیز توصیف کند؟

چهار سال بعد فیزیکدان‌هائی در اتریش، سوئیس، و سنگاپور با داده‌هاشان این پرسش را پاسخ گفتند. آنها به جای مشاهده‌ی حالت‌های قطبیدگی‌ی خطی که معمولاً برای بررسی‌ی نقض نابرابری‌ی بل به کار می‌رود هم‌بستگی‌ی حالت‌هائی را بررسی کردند که قطبیدگی‌ی بیضوی دارند یعنی ترکیبی از قطبیدگی‌ی خطی و دورانی. حتی با این فرض که فوتون‌های درهم‌تنیده می‌توانند آناً با یک‌دیگر ارتباط برقرار کنند هم‌بستگی‌ی بین قطبیدگی‌ی حالت‌ها نابرابری‌ی لگت را نقض می‌کند. نتیجه‌ئی که به‌دست می‌آید این است: طرح واقعیت‌ پذیر اما جای‌ناگزیده‌ی لگت نمی‌تواند درهم‌تنیدگی را توضیح دهد و واقعی‌انگاری را نیز باید کنار گذاشت.

اینک سونیا فرانکه-آرنولد و همکارانش در دانشگاه گلاسگو و دانشگاه استرات‌کلاید آزمایش دیگری انجام داده‌اند که نشان می‌دهد فوتون‌های درهم‌تنیده هم‌بستگی‌هائی قوی‌تر از آن دارند که برای ذرات منفرد با خصوصیات خوش‌تعریف و مشخص امکان‌پذیر است حتی اگر در ارتباط دائم باشند. به ‌این ترتیب آنها نتیجه‌گیری‌ی فوق را تأیید می‌کنند. آنها در آزمایش‌ خود تکانه‌ی زاویه‌ای‌ی مداری‌ی هر فوتون را اندازه گرفتند.

برای فوتون تکانه‌ی زاویه‌ای‌ی مداری را می‌توان به‌صورت پیچ‌خوردن موج الکترومغناطیسی حول محور باریکه تصور کرد. این پیچ‌خوردگی می‌تواند به‌صورت یک یا دو مارپیچ و یا حتی مارپیچ‌های غامض‌تر با تکانه‌ی زاویه ای‌ی افزاینده باشد. فرانکه-آرنولد و همکارانش با الگوی مارپیچ دوتایی کار کردند. آزمایش با شلیک لیزر فرابنفش به درون بلوری اپتیکی آغاز می‌شود. این بلور فوتون‌های پرانرژی را به دو فوتون فروسرخ درهم تنیده تبدیل می‌کند. این فوتون‌ها وارد تمام‌نگارهائی می‌شوند که تحت فرمان کامپیوتر است و طوری تنظیم شده‌اند که حالت‌های تکانه‌ی زاویه‌ای تقریباً مکمل را حذف کنند. فوتون‌هائی را که از فیلتر می‌گذرند آشکارگر تک‌فوتون می‌شمارد. برای هم‌بستگی‌ی بین دو فوتون درهم‌تنیده هم نابرابری‌ی بل و هم طرح لگت و هم مکانیک کوانتومی پیش‌بینی‌هائی دارند. فرانکه-آرنولد توضیح می‌دهد که آنها به‌عمد تمام‌نگارهاشان را ناهم‌خط می‌کنند طوری‌که دیگر در وضعیت حالت‌های مکمل نیستند و هم‌بستگی‌ها را اندازه می‌گیرند. شمارش فوتون‌های هم‌فرود بیش از آن است که با نظریه‌ی لگت توافق داشته باشد.

فرانکه-آرنولد می‌گوید که نتیجه‌ی اصلی‌ی این آزمایش فلسفی‌ست به‌این معنی که ذرات درهم‌تنیده را نمی‌توان به صورت هستی‌های منفرد توصیف کرد حتی اگر با زوج خود در ارتباط دائم باشند و به‌اصطلاح "تله‌پاتی" داشته باشند. سیمون گروبلاخر از دانشگاه وین اشاره می‌کند که این آزمایش‌ها واقعی‌انگاری را برای طبقه‌ی بزرگی از نظریه‌های جای‌ناگزیده ناممکن می‌کند البته هنوز نظریه‌های جای‌ناگزیده‌ی دیگری نیز وجود دارد که نابرابری‌ی لگت برای‌شان درست نیست. گروه پژوهشی‌ی او بود که نخستین بار نشان داد نابرابری‌ی لگلت برای قطبیدگی ‍پروتون نقض می‌شود و می‌گوید از این که ویژگی‌ی دیگری در فوتون نقض این نابرابری را اثبات می‌کند خرسند است و اضافه می‌کند که این آزمایش‌ها به‌نظر ساده‌تر می‌آیند و گزینه‌ی آزمودن برهم‌نهش بیش از دو حالت را نیز فراهم می‌کنند.

ترجمه از سپهـــر

لینک مقاله اصلی

لینک مقـاله در وبلاگ

سرن شیدای دوباره‌ی پلاسمای کوارک گلوئون

برخورددهنده‌ی بزرگ هادرونی (ال‌اچ‌سی) پس از هشت ماه کار پی‌درپی، روز ۶ دسامبر با آخرین باریکه‌ کار خود را در سال ۲۰۱۰ به پایان رساند. از ۷ نوامبر یون‌های سرب با انرژی‌های حدود ۰/۵ پتاالکترون‌ولت در ال‌اچ‌سی به‌هم برخورد داده ‌شدند. این انرژی ۸۰ برابر انرژی‌ئی‌ست که در برخوردهای پروتون پروتون تولید می‌شود و منجر به شکل‌گرفتن حبابی چنان داغ و چگال از ذرات زیراتمی می‌شود که هسته‌ها به اجزای سازنده‌ی خود یعنی کوارک و گلوئون تجزیه می‌شوند. این حالت ماده که پلاسمای کوارک گلوئون (QGP) نام دارد، تنها کمی پس از مه‌بانگ در عالم اولیه وجود داشته است و جست‌وجو برای آن نخست در سال ۲۰۰۰ در سرخط خبرها قرار گرفت. در آن هنگام در برخورد یون‌های سنگین با "هدف‌های ثابت" در سرن شواهدی از حالت تازه‌ی ماده به‌دست آمد که ظاهراً نوعی پیش‌دستی بر آزمایشگاه ملی‌ی بروک‌هِیوِن در نیویورک بود که شتابگری مختص QGP به نام برخورددهنده‌ی یون‌های سنگین نسبیتی (RHIC) ساخته و تازه شروع به کار کرده بود. اما در سال ۲۰۰۵ RHIC اعلام کرد حباب‌گونه‌های کوارک گلوئون برخلاف آن‌چه انتظارمی‌رفت به گاز شبیه نیستند و رفتاری شبیه به مایعی با گران‌روی(ویسکوزیته)‌ی صفر دارند. در اوایل امسال فیزیکدان‌های RHIC تأیید کردند که کوارک و گلوئون و نه ذرات هادرونی اجزای اصلی‌ی شارش این مایع هستند.

انرژی‌ی برخوردهای ال‌اچ‌سی ۱۴برابر انرژی‌ی برخوردها در RHIC است و بزرگ‌ترین آزمایشگاه ذرات بنیادی در اروپا بار دیگر شیدای پلاسمای کوارک و گلوئون شده است. پس از چند روز، آزمایش آلیس که مختص بررسی‌ی برخوردهای یون‌های سنگین است شواهد حالتی چگال و داغ را یافته که علی‌رغم دمای بسیار زیاد مانند مایع حرکت می‌کند (arXiv: 1011.3914v1) و افزایش بارزی را در شمار ذرات حاصل از برخورد آشکار کرده است (arXiv: 1011.3916v2). سرن می‌گوید که اگر این دو نتیجه با هم در نظر گرفته شود برخی نظریه‌ها در باره‌ی رفتار عالم اولیه را می‌توان رد کرد.

تحول عالم در طفولیت
توماس شیفر، نظریه‌پرداز دانشگاه ایالتی‌ی کارولینای شمالی، می‌گوید که ارتباط‌دادن نتایج ال‌اچ‌سی به تکامل عالم در دوران طفولیت آن سرراست نیست: "تصویر اصلی اثبات شده است (یعنی این‌که پلاسمای کوارک و گلوئون وجود دارد)، در این باره که شاره‌ی کامل است نیز چیزهای جالب یاد گرفته‌ایم، اما هیچ‌کدام از اینها مستقیماً بر دینامیک عالم اولیه مثلاً بر هسته‌زایش در مه‌بانگ تأثیر ندارد."

استیو ویگدُور از بروک‌هِیوِن می‌گوید که از نتایج آلیس مسلماً رفتاری شبیه به مایعات با گران‌روی‌ی کم برمی‌آید اما هنوز زود است که ادعا شود تصویر مایع تقریباً کامل "تأیید" شده است: "پرسشی که اینک باید پاسخش را یافت این است که اندازه‌ی این گران‌روی‌ی برشی چه‌قدر ا‌ست – چه‌قدر به حد کوانتومی‌ی زیرین که در فرضیه‌ها مطرح شده است نزدیک هستیم؟ برای یافتن این پاسخ وقت زیادی صرف تحلیل داده‌های RHIC شده است و ال‌اچ‌سی هنوز به این مرحله هم نرسیده است"

دو آشکارگر اطلس و سی‌ام‌اس در سرن که همه‌ی ذرات را آشکار می‌کنند چشم‌اندازهای تازه‌ئی در باره‌ی حالت کوارک گلوئون به‌دست داده‌اند. در سمیناری که هفته‌ی پیش در سرن برگزار شد نمایندگان گروه‌های پژوهشی‌ی این دو آشکارگر از مشاهدات مستقیم "فروکوبش جت‌ها" گزارش دادند باریکه‌ی هم‌راستای هادرون‌هائی که تقریباً آناً از واپاشی‌ی کوارک‌ها و گلوئون‌ها حاصل می‌شوند در گذر از پلاسمای کوارک و گلوئون فروکوفته می‌شوند. ویگدور می‌گوید می‌توان گمان کرد فروکوبی‌ی جت‌ها در باره‌ی برهم‌کنش کوارک‌ها و گلوئون‌های پرانرژی آگاهی‌های جدید بدهد و به‌ هم‌بستگی‌های کوارک گلوئون که به شاره‌ئی با گران‌روی‌ی کم منجر می‌شود وضوح بیشتری ببخشد. اطلس نتایج خود را دوشنبه‌ی گذشته منتشر کرد (arXiv: 1011.6182) و انتظار می‌رود که سی‌ام‌اس نیز هنگامی که تحلیل داده‌های برخورد یون‌های سنگین کامل شود نتایجش را منتشر کند. در سمینار هفته‌ی پیش سرن، سخن‌گوی آلیس، یورگن شوکرافت گفت جست‌وجو برای پلاسمای کوارک گلوئون اساساً خاتمه یافته، کشفش اعلام خواهد شد،‌ و اندازه‌گیری‌ی خواصش تازه آغاز شده است.

پلاسمای کوارک-گلوئون در برخورد پروتون‌ها؟
داستان پلاسمای کوارک گلوئون در ال‌اچ‌سی پیچش تازه‌ئی یافته است. در ماه ژوئیه که کار اصلی‌ی ال‌اچ‌سی برخورددادن پروتون‌ها بود، کارگردانان آشکارگر سی‌ام‌اس در برخی پس‌ماندهای برخوردهای حاوی‌ی ذرات پرشمار، هم‌بستگی یافته‌اند یعنی زوج‌های ذرات در چنان زاویه‌هائی از محل برخورد دور شده‌اند که نشان می‌دهد پروتون‌ها در نقطه ی برخورد بر یک‌‌دیگر تأثیر گذاشته‌اند. در ماه سپتامبر اعضای گروه 3000نفری‌ی آزمایش سی‌ام‌اس اعلام کردند "اثری بالقوه جدید و جالب" مشاهده کرده‌اند که یادآور ویژگی ها ئی مشابه در آزمایش ها ی RHIC است (arXiv: 1009.4122v1)؛ در آن آزمایش ها این مشاهدات به معنی‌ی حضور ماده‌ی داغ و چگال تعبیرشده است.

مایکل تاننباؤم فیزیکدان RHIC می گوید "برخلاف کشف فروکوبش جت ها در ال‌اچ‌سی که شاهدی قوی بر تولید پلاسمای کوارک گلوئون است، یادآوربودن را نمی‌توان به معنای علمی به اندازه در آورد و ادعای کشف اثرهای تازه در هم بستگی‌ها ی دوذره ای در نتایج سی ام اس عجولانه و بی‌دقت است.  تاننباؤم در اظهارنظری در باره ی نتایج آزمایش سی‌ام‌اس (arXiv: 1010.0964v1) فهرستی از چند آزمون داده است که باید پیش از ادعای مشاهده‌ی پلاسمای کوارک گلوئون باید انجام بگیرد. این آزمون‌ها به جنبه‌ها‌ئی از ویژگی‌های برخورد یون‌های طلا در RHIC مربوط می‌شوند.

پی‌یر وان مَکلِن از دانشگاه آنت‌وِرپ و عضو آزمایش سی‌ام‌اس می‌گوید که گروه‌ها‌ی همکار در این آزمایش تنها آن‌چه را اندازه گرفته‌اند گزارش کرده‌اند و هشدار می‌دهد که با قلمرو تازه‌ی انرژی سروکار داریم: "به نظر می رسد شماری مدل وجود دارند که از پس توضیح کیفی‌ی هم‌بستگی‌ها برمی‌آیند اما چالش واقعی بازساختن دقیق اعدادی‌ست که در نتایج سی‌ام‌اس به دست آمده."

ظرافت موضوع
تعبیر برخوردهای ال‌اچ‌سی نیاز به ظرافت و باریک‌‌بینی دارد. کوارک‌ها بخش کوچکی از پروتون را می‌سازند و تقریباً همه‌ی جرم پروتون برخاسته از افت‌وخیزهای دریای گلوئون‌هاست که عمرشان در انرژی‌های برخورد در ال‌اچ‌سی آن قدر اتساع زمانی می‌یابد که می توان برخوردهای پروتون‌ها را به صورت برخورد پیکربندی‌های کاتوره‌ای‌ی "نقاط داغ" گلوئونی دید. تجربه‌گرها باید از انبوه جت‌ها و پس‌ماندهائی که در تلاطم برخورد حاصل می‌شود جزئیات فیزیک کوارک‌ها و گلوئون‌ها را که کرومودینامیک کوانتومی توصیف می‌کند بیرون بکشند و به هم ارتباط دهند. معاون هماهنگ‌کننده‌ی آزمایش سی‌ام‌اس گونتر دیسرتوری می‌گوید: " لبه‌ئی را که در نتایج سی‌ام‌اس دیده می‌شود هیچ‌یک از مدل‌های مونت‌کارلوی فعلی در QCD پیش‌بینی نکرده بودند، و برای کسانی که با برخورد یون‌های سنگین سروکار نداشته‌اند نتیجه‌ئی که به دست آمد کاملا غیرمنتظره بود."

به‌دنبال انتشار نتایج سی‌ام‌اس مقالات زیادی برای توضیح این هم‌بستگی‌ها منتشر شده است: چه این هم‌بستگی‌های دوذره‌ای برخاسته از چگاله‌ی شیشه‌گون رنگ باشد (arXiv: 1009.5295v2)، یا پلاسمای کوارک گلوئون، یا حالت چرخان (arXiv: 1009.5229v3) یا انفجاری (arXiv: 1009.4635v1) ازبندرسته‌ی کوارک و گلوئون، یا شاید درهم‌تافتگی‌ی کوانتومی‌ی گلوئودینامیکی، فیزیکدان‌ها برای آن‌که در نهایت بتوانند در جست‌وجوی ذرات جدید سیگنال را از پس‌زمینه‌ جدا کنند باید لبه‌ئی را که در نتایج مشاهده کرده‌اند توضیح دهند. باریکه‌ی ال‌اچ‌سی ممکن است تا فوریه دوباره راه نیافتد اما هنوز تعبیر داده‌های سال اول کار ال‌اچ‌سی به سرانجام نرسیده است.

ترجمه از؛ سپهــر

لینک مقاله اصلی

لینک مقاله در وبلاگ

ترجمه مقالات درج شده در وبلاگ

دوست عزیزم حسام الدین تا کنون زحمت ترجمه چندتا مقالات درج شده در این وبلاگ را کشیــده اند، که برای اشنـایی بیشتر علاقه مندان به فیزیک، لینک ترجمه را به همراه لینک مقاله اصلی در همین وبلاگ در ذیل مشاهده خواهیـد کرد.

ضمن تشکـر و قدردانی از زحمات دوست عزیزم؛ امیدوارم که ترجمه ها برای دوست داران فیزیک، مفیـد واقع شود.

---

لینک مقاله: Information Converted to Energy 

لینک ترجمه: اطلاعات به انرژی تبدیل میشوند.!!

خلاصه ای از ترجمه: چند تن از دانشمندان ژاپن به صورت آزمایشگاهی نشان داده اند که یک ذره می تواند با دریافت اطلاعات با سهولت بیشتری نسبت به دریافت انرژی وادار به انجام کار شود.ایشان بیان می کنند که اثباتشان (که از یک سیستم بازخوردی برای کنترل پتانسیل الکتریکی ذرات پلی استرین کوچک استفاده می کند) قانون دوم ترمودینامیک را نقض نمی کند و می تواند در آینده منجر به تولید دستگاه های میکروسکوپی جدیدی شود.

 

لینک مقاله: Space–time invisibility cloak could 'edit history

لینک ترجمه: پوشش فضا-زمان نامرئی تاريخ را ويرايش مي کند

خلاصه ای  از ترجمه: دانشمندان انگلیسی يک پوشش فضا-زمان نامرئئ پيشنهاد کرده اند که اگر ساخته شود  می تواند از تداخل امواج جلوگیری کند. اين ايده چهار سال بعد از تحقيق چندين گروه در مورد ايجاد دستگاه هاي  نامرئي کننده ي اشيا بوجود آمد. در سال 2006 محققان دانشگاه دوک آمريکا براي اولين بار موفق به توليد دستگاهي شدند که مي توانست يک شي کوچک را در دو بعد در ناحيه ي مايکروويو طيف الکترومغناطيسي پنهان کند. سال گذشته چند گروه از دانشگاه کورنل و دانشگاه کاليفرنيا در برکلي آمريکا به طور مستقل پوشش هاي دو بعدي ايجاد کردند که در ناحيه ي طول موج هاي اپتيکي عمل مي کرد سپس در سال اخير گروهي در موسسه تکنولوژي Karlsruhe آلمان با توليد پوشش سه بعدي يک گام فراتر گذاشتند.

سخنرانی داوکینز درباره عجایب جهان و شگفتی‌های علم

هر موجود زنده مدلی از جهان را با استفاده از گیرنده‌های حسی‌اش دریافت می‌کند. این مدل‌ها لزوماً بازتاب دقیقی از واقعیات جهان بیرون نیستند، بلکه تنها شبیه‌سازی‌های ناکامل و موضعی‌اند که به بقای آن جانور خاص در محیط خاصش کمک می‌کنند. به طور مثال، چشم انسان تنها نوار باریکی از طیف الکترومغناطیس به نام طیف مرئی را تشخیص می‌دهد و نسبت به طول موج‌های دیگر نابینا است. آدمی از وجود آنها تنها از طریق علم آگاهی یافته‌است نه توسط حواس مستقیم خود.

به دلیل زندگی در شرایط گوناگون، مدل‌های مورد استفاده توسط هر موجودی شباهت‌ها و تفاوت‌هایی با هم دارند. مثلاً مدل مورد استفاده توسط یک خفاش با یک ماهی تفاوت‌ها و شباهت‌هایی دارد که در حین فرگشت (تکامل) آنها منطبق بر نحوۀ زندگی‌شان به وجود آمده است. یا برای موجودی که روی سطح آب زندگی می‌کند، مثل یک آب‌سوار، نیروی کشش سطحی از اهمیت بالایی برخوردار است و گاهی می‌تواند بر نیروی جاذبه بچربد. ولی مدل یک انسان یا بسیاری جانوران دیگر که جثۀ بزرگتری دارند توسط نیروی جاذبه احاطه گردیده‌است. داوکینز به فرگشت در این محیط‌ها که توسط سرعت‌های متوسط و اندازه‌‌های متوسط نه خیلی کوچک و نه خیلی پرجرم احاطه شده‌اند نام «جهان میانه» می‌دهد. برای ما یک سنگ، سخت و نفوذناپذیر می‌نماید دقیقاً به این دلیل که اجسامی چون دست و سنگ نمی‌توانند در داخل هم نفوذ کنند. از این رو برای مغز ما کاربردی بوده تا مفاهیمی مثل جمود و نفوذناپذیری را اختراع کند. ولی اگر یک نوترینو مغزی می‌داشت که در اجداد سایز نوترینو فرگشت یافته بود، سنگ را واقعاً فضای پر از خالی درمی‌یافت.

مغز گونه انسان هومو ساپینس با توجه به نحوۀ پیدایش آن در فرآیند فرگشت، دارای محدودیت‌های ناگزیری است. به طور مثال، درک نسبیت اینشتین یا فیزیک کوانتوم برای مغز بشر به سادگی صورت نمی‌پذیرد، زیرا اجداد ما هیچگاه در وسط کیهان با سرعت‌های نزدیک به نور حرکت نمی‌کرده‌اند، یا در مقیاس اتمی و زیراتمی دنیای ریز و عجیب و غریب مکانیک کوانتومی به سر نمی‌برده‌اند. بلکه در جهان میانه می‌زیسته‌اند. از این رو، در این سخنرانی علمی مطرح می‌گردد که نه تنها در جهان چیزهایی است که تصورش برایمان عجیب است، بلکه شاید چیزهایی باشند عجیب‌تر از آنکه حتی توانایی تصورکردنشان را داشته باشیم.

پ.ن: در آینده در این وبلاگ با این دانشمند بزرگ بیشتر آشنا خواهید شد.