خروج فوتون‌هایی عجیب از الکترون با تابش پرتوهای نوری به شدت چند میلیارد برابر خورشید

پژوهشگران موفق به ایجاد پرتوهای نوری با شدت میلیاردها برابر بیشتر از نور خورشید شده‌ و تأثیرات این پرتوها روی الکترون‌ها را بررسی‌ کرده‌اند.

پژوهشگران به‌تازگی نتایج به‌دست‌آمده از یک آزمایش با هدف ایجاد درخشان‌ترین پرتو نور تولیدشده در زمین را منتشر کردند. این نور در واقع دارای درخششی به‌اندازه‌ی میلیاردها برابر بیشتر از درخشش پرتوهای نوری خورشید بوده است.

این پژوهش  به‌طور شگفت‌آوری جالب و چشمگیر است؛ اما در عین حال دارای کاربردها و پیوستگی‌هایی برای ایجاد یا استفاده از نوع جدیدی از پرتوی ایکس است و از طرف دیگر، برخی از مبانی پایه‌ای الکترودینامیک در این زمینه را مورد تأیید قرار می‌دهد. دونالد اومستادر، پژوهشگر سرپرست این بررسی، چنین گفته است:

تئوری‌های زیادی وجود دارد و برای سال‌های بسیار، هیچ‌کدام از آن‌ها در آزمایشگاه تست نشده‌اند؛زیرا ما هیچ‌گاه پیش از این به منبع نوری با درخشش کافی برای انجام چنین آزمایشی در فضای واقعی دسترسی نداشته‌ایم.

پیش‌بینی‌های بسیار متنوعی برای آنچه می‌توانست رخ دهد وجود داشت و ما در اینجا صحت برخی از آن پیش‌بینی‌ها را نشان داده‌ایم.

 این فیزیکدان فعال از دانشگاه نبراسکا لینکلن از لیزر دیوکلس (DIOCLES) برای کار خود استفاده کرده است. این لیزر در واقع یکی از قوی‌ترین لیزرهای ایالات متحده است و برای ایجاد نورهای بسیار درخشان استفاده می‌شود.

تیم پژوهشی پرتوهای لیزر را بر الکترون‌های معلق هلیوم تاباندند تا به‌ این ترتیب بتوانند چگونگی پاشیده شدن و پراکنده شدن فوتون‌ها از یک الکترون منفرد را با هر بار مورد برخورد قرار گرفتنش، مشاهده کنند.

بگذارید اندکی به عقب بازگردیم. در موقعیت‌های متداول نوری، پراکنده شدن فوتون‌ها به‌گونه‌ای است که رؤیتشان کاملا ممکن می‌شود؛ اما الکترون‌ها معمولا تنها یک فوتون را در آنِ واحد پخش می‌کنند.

در برخی از آزمایش‌های لیزری که پیش از انجام شده‌ بودند، دانشمندان موفق به پراکنده ساختن شماری فوتون از یک الکترون واحد شده بودند؛ اما در آزمایش جدیدی که ما در این گزارش بررسی می‌کنیم، نزدیک به هزار فوتون از تنها یک الکترون پخش شده است که رقم قابل توجهی محسوب می‌شود.

نقطه‌ی اوج رویداد، این است که پاشش ایجادشده در این آزمایش به‌قدری شدید بود که در واقع توانست ظاهرا پدیده‌های پیرامون را هم دستخوش تغییر کند. اومستادر می‌گوید:

هنگامی که ما به چنین نور درخشان غیر قابل تصوری می‌رسیم، مشخص می‌شود که فرایند پخش کردن فوتون‌ها - که فرایند پایه‌ای برای قابل رؤیت بودن هر چیزی قلمداد شده است - به‌طور اساسی در طبیعت دستخوش تغییر می‌شود.

بنابراین، لیزر فوق درخشان استفاده‌شده در آزمایش، به‌جای پخش فوتون‌ها در زاویه و انرژی یکسانی پیش و پس از برخورد پرتو نوری با الکترون مورد نظر (همان اتفاقی که در حین کار با یک منبع نور معمولی روی می‌دهد)، لیزر بسیار قوی باعث تغییر در زاویه و سطح انرژی آن‌ها شده بود. اومستادر در این خصوص گفت:

در واقع به‌گونه‌ای است که شما با بالاتر بردن میزان درخشندگی نور، می‌بینید که پدیده‌ها به طریقه‌ی متفاوتی دیده می‌شوند و این چیزی نیست که شما بتوانید به‌طور طبیعی تجربه کنید.

یک شیء به‌طور طبیعی در آن حالت درخشان‌تر می‌شود؛ اما از سوی دیگر کاملا طوری به نظر می‌رسد که گویی با سطوح پایین‌تر نوری دستخوش آن تغییر شده و خود شیء هم تغییری نداشته است. اما ما در این آزمایش به‌جایی رسیدیم که خود نور توانست ظاهر اشیاء را تغییر دهد.

نور در واقع با زوایای مختلف و در رنگ‌های مختلف، بسته به میزان درخشان بودن آن بیرون می‌آید.

 کل این موضوع به‌خودی‌خود بسیار جالب است؛ اما پرسش این است که پرتوهای ایکس از کجا وارد ماجرا می‌شوند؟ باید اشاره کنیم که در هنگام برخورد یک پرتوی نور به یک الکترون، این الکترون در واقع فوتون‌ خود را منتشر می‌کند.

فوتون منفرد خارج‌شده دارای انرژی ترکیب‌شده‌ای از تمامی فوتون‌هایی است که از آن سو در اثر ضربه وارد الکترون شده‌اند و به عبارتی به فوتون خارج‌شده، مقدار معادلی از انرژی و طول موج یک پرتوی ایکس داده‌اند.

 تیم پژوهشی امیدوار است که فوتون‌های ویژه‌ی پرتوی ایکس شناسایی‌شده، قابلیت استفاده در فرایندهای جستجو به دنبال تومورهایی را داشته باشند که در حال حاضر و با پرتوهای ایکس کنونی ما قادر به رؤیتشان نیستیم. همچنین شاید بتوان از آن‌ها برای ساخت دوربین‌های فوق سریعی برای گرفتن تصاویر بسیار فوری از حرکت‌های الکترون‌ها و واکنش‌های شیمیایی استفاده کرد یا اینکه حتی شاید بتوانیم از آن‌ها برای ایجاد تصاویری سه‌بعدی از اشیائی در مقیاس‌‌های نانو استفاده کنیم.

اما در حال حاضر ما تنها می‌توانیم به دانش تازه‌ای که در این زمینه افزوده شده است، اکتفا کنیم؛ دانشی که به ما می‌گوید درخشان‌ترین سطح نوری ایجادشده به دست بشر چه اثراتی در آزمایشگاه روی الکترون‌ها گذاشته و توانسته است الکترون‌های عادی را به پدیده‌هایی بسیار عجیب تبدیل کند. ما هنوز راه زیادی برای آموختن مبانی این حوزه از علم در پیش داریم.

دستاوردهای این پژوهش در ژورنال Nature Photonics منتشر شده است.

منبع sciencealert

از سراسر وب

  دیدگاه
کاراکتر باقی مانده

بیشتر بخوانید