برترین پژوهش های فیزیک در سال ۲۰۱۴
یک ایده‌ی نوآورانه٬ نتیجه‌ای که جامعه را به جنبش وامی دارد٬ پتانسیلی که زندگی روزمره را تحت تاثیر قرار می‌دهد یا به سادگی٬ یک داستان عظیم است. اینها عواملی بودند که ما را بر آن داشتند تا این نتایج پژوهشی را در سال ۲۰۱۴ گردهم آوریم.
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
نشانه‌ای از ماده‌ی تاریک؟
به گزارش انجمن فیزیک ایران، با اینکه معروف‌ترین جستجوهای آزمایشگاهی در مورد ماده‌ی تاریک معمولاً بی‌نتیجه بوده٬ سال ۲۰۱۴ یک سیگنال واقعی در طیف اشعه‌ی ایکس کهکشان‌های دور دست دیده شد که تصور می‌شود به جرم بزرگی از ماده‌ی تاریک پناه دهد. دو تلسکوپ ماهواره‌ای که یکی توسط ESA و دیگری توسط NASA به راه انداخته شده‌اند٬ خط اشعه‌ی ایکس غیرقابل توضیحی را در ۳٫۵ kev مشاهده کردند (ببینید:
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
).
این خط طیفی از کهکشان آندرومدا و یک خوشه‌ی کهکشانی در صورت فلکی برساوش ظهور کرده بود. پژوهشگران بر این باورند که این گسیل با چیزی که از نوترینوهای سترون (نامزدی برای ذرات ماده‌ی تاریک) گسیل می‌شود توافق دارد. نوترینوهای سترون وقتی به فوتون‌ها و نوترینوهای متعارف واپاشی می‌شوند٬ اشعه‌ی ایکس گسیل می‌کنند. برای آزمودن تفسیر ماده‌ی تاریک٬ اندازه‌گیری‌های بهتری از شکل این خط اشعه‌ی ایکس نیاز خواهد بود. همچنین ببینید: نتایج چندین جستجوی مهم درمورد ماده‌ی تاریک امسال گزارش شده است. این جستجوها شامل آزمایش بزرگ زیر زمینی زنون (ببینید:
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
)٬ برخورد دهنده‌ی بزرگ هادرونی (ببینید:
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
) و طیف‌سنجی مغناطیسی بر روی ایستگاه فضایی بین‌المللی (ببینید:
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
) است.
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
نقطه‌ی عطفی در همجوشی لیزری
پژوهشگرانی از تاسیسات ملی احتراق و علوم فوتونیِ لارنس لیورمور٬ اخبار خوبی را گزارش داده‌اند که تلاش آنها را برای به پیش راندن یک واکنش همجوشی انرژی زا با لیزرهای قدرتمند نشان می‌دهد. آنها با پیش حرارات دادن گلولههای سوختی٬ تغییر ظریفی را در روش خود ایجاد کرده‌اند که به آنها این امکان را داد تا تعداد بیشتری از واکنش‌های همجوشی را نسبت به آنچه از طرح رانش لیزری (ببینید:
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
) بدست آمده بود را تولید کنند.
نتایج این پژوهش نقطه‌ی عطفی در مسیر ایجاد منبع انرژی همجوشی بود که انرژی بیشتری نسبت به آنچه برای راندن آن لازم بود را تولید می‌کند؛ چیزی که به عقیده‌ی متخصصان برای دست یابی به آن هنوز راه درازی در پیش است. همچنین ببینید: تحقیقات پژوهشگران آزمایشگاه ملی ساندیا٬ نشانگر وجود پیشرفتی در مسیر رهیافتی مکمل به سوی همجوشی بود. در این پژوهش به جای لیزرها از جریان‌های الکتریکی استفاده کرده‌اند تا گلولههای همجوشی را فشرده سازند.
امواج گرانشی، فیزیک را تکان می‌دهد!
گزارشی توسط گروه بایسپ۲ ارائه شد که نشانگر سیگنالی بود که می‌توانسته توسط امواج گرانشی ناشی از بیگ بنگ تولید شود. این گزارش شاید بزرگ‌ترین داستان فیزیک سال ۲۰۱۴ بوده باشد (ببینید:
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
). تصور می‌شود سیگنال مشاهده شده (یک الگوی قطبش «مُد B» در تابش زمینه‌ی کیهانی) نشانه‌ای از اولین مشاهدات مستقیم از امواج گرانشی٬ اثباتی بر طبیعت کوانتومی گرانش و همچنین سنجشی جدید از نخستین لحظات زندگی کیهانی باشد. اما بررسی‌های موشکافانه‌ی بعدی پیشنهاد داد که یک منبع پیش پا افتاده‌تری (غبار کیهانی) می‌تواند عامل بخشی و یا عامل تمام این سیگنال باشد. انتظار می‌رود تحلیل مشترکی که توسط گروه بایسپ۲ و ماهواره‌ی پلانک بر روی اثرات این غبار انجام یافته در اوایل سال ۲۰۱۵ ظهور کند و پایانی بر همه‌ی این بحث ها گردد.
نقص‌های مفید سیلیکونی
صنعت نیمه‌رسانا دهه‌های متمادی را بر روی این موضوع صرف کرد تا از شرّ ناخالصی‌های سیلیکونی رها شود. اما نتایج پژوهش‌ها نشان داد که یک نقص‌های سیلیکونی در الماس ارزش نگهداری را دارند. آرمایش‌های گوناگون نشان داد که جای خالی‌های سیلیکونی (SiV) (که در آنها یک اتم سیلیکون مابین جایگاه خالی دو اتم کربن می‌نشیند) از چنان ویژگی‌هایی برخورداراند که استفاده از آنها در کاربردهای اطلاعات کوانتومی امیدبخش بنظر می‌رسد.
پژوهشی که با همکاری محققانی از دانشگاه اولم آلمان و دانشگاه هاروارد انجام شده٬ نشان داده است که می‌توان از دو مرکز SiV مجاور به منظور ایجاد تک‌فوتون‌هایی با رنگ یکسان استفاده کرد؛ گامی مهم و اساسی به سوی آماده‌سازی حالات درهم‌تنیده از نور که اساس محاسبات و رمزنگاری‌های کوانتومی است (ببینید:
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
). همچنین یک گروه مشابه و یک تیم مستقل در دانشگاه کمبریج انگلستان ثابت کردند که اسپین مرکز SiV را می‌توان در یک حالت کوانتومی همدوس آماده‌سازی کرد؛ چیزی که حداقلِ نیاز برای استفاده از این نقص‌ها برای رمزنگاری اطلاعات کوانتومی است (ببینید:
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
).
نخستین مشاهده‌ی طیف گوی درخشان فرّار
گوی درخشان (یک پدیده‌ی جوی بالقوه و خطرناک) شامل کره‌های درخشانی‌اند که به مدت ده‌ها ثانیه قبل از ناپدیدشدن٬ بدون هیچ رد و نشانی ظاهر می‌شوند. هرچند این موضوع به دهه ها قبل باز می‌گردد اما هنوز دانشمندان نمی‌دانند این پدیده چیست. در ماه ژانویه پژوهشگرانی از دانشگاه Northwest Normal لانجوی چین٬ اولین مشاهده‌ی طیف گوی درخشان (ببینید:
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
) را گزارش دادند؛ چیزی که به شکل تصادفی وقتی داده‌ها را از یک گوی درخشان عادی ثبت می‌کردند بدست آمد. این طیف٬ فرضیه‌ای را پشتیبانی می‌کرد که بر اساس آن این گوی‌های درخشان از یک برخورد ابر-به-زمین عادی نشات می‌گیرند. در طی چنان برخوردی مواد معدنی سیلیکات موجود در خاک تبخیر شده و سیلیکون خالصی تولید می‌شود که وقتی با اکسیژن واکنش می‌دهد باعث درخشش می‌شود.
ترانزیستورهای تک فوتونی
کامپیوتری که بر اساس فوتون‌ها ساخته می‌شود بسیار سریعتر از کامپیوترهای متعارف و سنتی که به جریان‌های الکترونی اتکا دارند کار می‌کند. با این وجود چون شدت اندرکنش فوتون‌ها به اندازه الکترون‌ها نیست٬ ساخت مولفه‌های مداری منطقی تمام‌نوری (شبیه ترانزیستورها) دشوار به نظر می‌رسد. سال ۲۰۱۴ دو گروه٬ یکی در موسسه‌ی اپتیک کوانتومی ماکس پلانک و دیگری در دانشگاه اشتوتگارت که هر دو در آلمان قرار دارند٬ به شکل مستقل ترانزیستورهای تک‌فوتونی را به اثبات رساندند (ببینید:
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
). در این طرح یک پالس نوری دروازه‌‌ای شامل تنها یک فوتون٬ گذار پالس نوری دیگر را در طول یک گاز فوق‌سرد کنترل می‌کند. اینها اولین چیزی بودند که یک ترانزیستور بالاتر از یک را نتیجه دادند (یعنی یک فوتون سرنوشت فوتون‌های بسیار را کنترل می‌کند) که یک ویژگی مهم و حیاتی در انواع کاربردها بحساب می‌آید.
تشخیص بیماری‌ها از طریق فیزیک آماری
فیزیک آماری شاید اولین چیزی نباشد که در زمان فکر کردن به فناوری‌های تشخیص بیماری‌ها به ذهن می‌رسد. پژوهشگری اما از دانشگاه باسک اسپانیا نشان داد که اندازه‌گیری «آنتروپیِ» سهم یک سلول ایمن به شکل قابل اتکایی می‌تواند در تشخیص یکی از معروف‌ترین اشکال لوسمی (لوسمی حاد میلوئید (AML) بکار رود (ببینید:
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
). این روش که خواص آماری سلول‌های بیمار را با سول‌های AML مقایسه می‌کند در پاسخ به یک چالش جامعه محور توسعه یافته بود. این چالشِ فراخوانی برای ابزارهای جدید بر پایه‌ی تحلیل هنگردهای بزرگ از داده‌های تک‌سلولی است. با میزان موفقیت کاملی که این فناوری بدست آورد٬ این فناوری در رده‌ی اول قرار گرفت و اکنون در مرحله‌ی توسعه قرار دارد؛ توسعه‌ای که منجر به تمایز قائل شدن بین مراحل مختلف و زیرگروه‌های AML و مقابله با سایر بیماری‌ها (از HIV گرفته تا تصلب چندگانه بافت‌ها) خواهد شد.
چرا آینده را به خاطر نداریم؟
ترمودینامیک میگوید زمان در جهتی حرکت می‌کند که منجر به افزایش آنتروپی شود. اما قوانین فیزیک کلاسیک کاملاً به لحاظ زمانی برگشت پذیرند. پس چرا ادراک روان شناختی ما از زمان٬ در جهت یکسانی با آنچه ترمودینامیک میگوید پیش می‌رود؟ بر اساس یافته‌های دانشمندان در کلتک و دانشگاه کالیفرنیای جنوبی در لس‌آنجلس٬ دلیل اساسی و بنیادینی وجود دارد که ما نمی‌توانیم «آینده را به یاد آوریم». آنها با استفاده از یک آزمایش ذهنی که بر یک قطعه حافظه‌ی ساده (یک پایه گردان که گذر مولکو‌ل‌های گاز را مابین دو اتاقک ثبت می‌کند) متکی است٬ دریافتند که حافظه‌‌ای از آینده نمی‌تواند وجود داشته باشد (ببینید:
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
).
ریزترین افت و خیزها در رویدادهای حاضر می‌تواند اثرات عظیمی بر رخدادهای آینده داشته باشد و نتیجه اینکه این حساسیت باعث می‌شود تا ساخت وسیله‌ای فیزیکی برای ثبت آینده بواسطه‌ی برون یابی از حال حاضر غیرممکن باشد. همچنین ببینید: نظریه‌پردازان نشان دادند که حتی یک سیستم ساده شامل ذراتی که در گرانش نیوتنی اندرکنش دارند (یک شرایط کاملاً متقارن زمانی) یک جهت طبیعی را برای زمان ایجاد می‌کند (ببینید:
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
).
بیگ بنگ
منبع:
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
نویسنده خبر: زینالوند فرزین
