محققان دانشگاه بازل تکنیک جدیدی را توسعه داده اند که با موفقیت و تنها با استفاده از نور لیزر، یک غشای کوچک را تا دمای نزدیک به صفر مطلق یعنی منفی 273.15 درجه سانتیگراد خنک می‌کند. چنین غشاهای بسیار خنکی می‌توانند در حسگرهای بسیار حساس بکار روند.
تقریباً 400 سال پیش، یوهانس کپلر، ستاره‌شناس مشهور آلمانی، مفهوم بادبان‌های خورشیدی را مطرح کرد. او معتقد بود که این بادبان‌ها می‌توانند کشتی‌ها را در سراسر کیهان حرکت دهند. کپلر این نظریه را مطرح کرد که نور وقتی توسط یک جسم منعکس می‌شود، نیرو تولید می‌کند. این ایده همچنین توضیحی برای پدیده دم دنباله‌دار که همیشه به سمت خورشید قرار دارد را ارائه می‌دهد.
امروزه دانشمندان از نیروی نور برای کاهش سرعت و سرد کردن اتم‌ها و ذرات دیگر استفاده می‌کنند. به طور معمول، برای انجام این کار به یک دستگاه پیچیده نیاز است. تیمی از محققان دانشگاه بازل به سرپرستی پروفسور فیلیپ تروتلین و پروفسور پاتریک پاتس اکنون موفق شده‌اند یک غشای نازک را تا دمای نزدیک به صفر مطلق یعنی منفی 273.15 درجه سانتیگراد با استفاده از نور لیزر خنک کنند. نتایج این تحقیق به‌تازگی در مجله علمی Physical Review X منتشر شده است.
بازخورد بدون اندازه گیری!
دانشجو و نویسنده اول مقاله پژوهشی، ماریس ارنزر می‌گوید:
آنچه روش ما را خاص می‌کند این است که ما به این اثر خنک‌کننده بدون انجام هیچ گونه اندازه‌گیری دست می‌یابیم.
طبق قوانین مکانیک کوانتومی، اندازه‌گیری، همانطور که معمولاً در یک حلقه بازخورد لازم است، منجر به تغییر حالت کوانتومی و در نتیجه اختلالات می‌شود. برای جلوگیری از مشکل، دانشمندان بازل یک حلقه بازخورد به اصطلاح منسجم ایجاد کردند که در آن نور لیزر هم به عنوان یک حسگر و هم به عنوان یک دمپر عمل می‌کند. به این ترتیب، ارتعاشات حرارتی غشایی ساخته شده از نیترات سیلیکون به اندازه حدود نیم میلی متر را مرطوب و خنک کردند.
در این آزمایش، محققان یک پرتو لیزر را روی غشاء هدایت کرده و نور منعکس شده توسط غشاء را به یک کابل فیبر نوری وارد کردند. در این فرآیند، ارتعاشات غشاء باعث تغییرات جزئی در فاز نوسان نور بازتاب شده، شد. سپس اطلاعات مربوط به وضعیت حرکتی آنی غشاء موجود در آن فاز نوسانی، با تأخیر زمانی، برای اعمال نیروی مناسب بر روی غشا در لحظه مناسب با همان نور لیزر مورد استفاده قرار گرفت.
ارنزر توضیح می‌دهد:
این فرآیند کمی شبیه کاهش سرعت چرخش با لمس کوتاه زمین با پاهای خود در زمان مناسب است.
این تیم برای دستیابی به تاخیر بهینه حدود 100 نانوثانیه، از یک کابل فیبر نوری 30 متری استفاده کردند.
نزدیک به صفر مطلق
دکتر مانل بوش آگیلرا، که به عنوان محقق پسادکترا در این مطالعه مشارکت داشت، می‌گوید:
پروفسور پاتس و همکارانش توصیفی نظری از تکنیک جدید ایجاد و تنظیماتی را که می‌توانیم انتظار دستیابی به کمترین دما را داشته باشیم، محاسبه کردند. او و همکارانش توانستند غشا را تا 480 میکروکلوین خنک کنند؛ کمتر از یک هزارم درجه بالاتر از دمای صفر مطلق!
در مرحله بعدی، این محققان می‌خواهند آزمایش خود را تا حدی بهبود بخشند تا غشاء به پایین‌ترین دمای ممکن یعنی حالت پایه مکانیکی کوانتومی نوسانات غشاء برسد. پس از آن نیز به بررسی امکان ایجاد حالت‌های به اصطلاح فشرده شده غشا می‌پردازند. چنین حالت‌هایی به ویژه برای ساخت حسگرها جالب هستند چراکه دقت اندازه‌گیری بالاتری را امکان‌پذیر می‌کنند. کاربردهای احتمالی چنین حسگرهایی شامل میکروسکوپ‌های اتمی است که برای اسکن سطوح با وضوح نانومتری استفاده می‌شوند.
منبع: Scitechdaily
