اندازه‌گیری نیرو‌های نانومقیاس با استفاده از حباب BEC

به‌تازگی دو فیزیک‌دان آمریکایی روش جدیدی برای اندازه‌گیری نیرو‌های نانومقیاس ابداع کرده‌اند، آنچه در این روش استفاده می‌شود حبابی است از اتم‌های بسیار سرد؛ بنا به اظهارات این محققان به کمک این روش می‌توان شتاب‌های کوچکی چون یک‌دهم نانومتر بر مجذور ثانیه را آشکارسازی کرد و از آن در آزمایش‌های تعیین اعتبار قانون عکس مجذوری جاذبه و یا در بررسی نیروی وارده بر اتم‌های منفرد بهره گرفت.

به‌تازگی دو فیزیک‌دان آمریکایی روش جدیدی برای اندازه‌گیری نیرو‌های نانومقیاس
ابداع کرده‌اند، آنچه در این روش استفاده می‌شود حبابی است از اتم‌های بسیار سرد؛
بنا به اظهارات این محققان به کمک این روش می‌توان شتاب‌های کوچکی چون یک‌دهم
نانومتر بر مجذور ثانیه را آشکارسازی کرد و از آن در آزمایش‌های تعیین اعتبار قانون
عکس مجذور جاذبه و یا در بررسی نیروی وارده بر اتم‌های منفرد بهره گرفت.

اندازه‌گیری مذکور در ماده چگال بوز-انیشتینی (BEC) انجام می‌پذیرد. این ماده، یک
گاز از بوزون‌های سردی است که در حالت کوانتومی واحد و مشابهی قرار گرفته‌اند. چندی
پیش، دسته‌ای از فیزیک‌دانان کوشیدند تا BECهایی بسازند که شامل مخلوطی از دو گونه
متفاوت از اتم‌ها ـ کهA وB نامیده می‌شوند ـ باشند. فیزیک‌دانانِ مذکور این کار را
با استفاده تابش پرتوهای لیزر متقاطع و تنظیم میدان‌های مغناطیسی اعمالی انجام
دادند. اخیراً استایان هانگل از دانشگاه رایس و ادی تیمرانز از آزمایشگاه ملی لوس‌آلاموس،
سیستمی با دو فاز‌ مجزا را طراحی و به‌صورت نظری ارائه کرده‌اند.در چنین سیستمِ
مخلوطی یکی از اجزای مخلوط ـ که B خوانده می‌شود ـ حبابی در جزء دیگر مخلوط به وجود
می‌‌آورد.

تیمرانز عنوان کرد که حباب مذکور تحت تأثیر یک نیروی «شناوری» قرار می‌‌گیرد. این
نیرو همانند نیرویی است که موجب بالا رفتن یک حباب هوا در درون آب می‌شود. به‌عقیده
این گروه می‌توان این نیروی شناوری را از طریق تنظیم پرتو‌های لیزری ـ کهBEC را گیر
می‌اندازند ـ کاملاً حذف کرد. در این صورت حباب، در مرکز تله شناور باقی می‌ماند.

می‌توان مکان حباب را از طریق تابش دو پرتو لیزر نسبتاً ضعیف به حباب ـ به شکلی که
در مرکز حباب همدیگر را قطع کنندـ آشکارسازی کرد. از این رو می‌توان از طریق
آشکارسازی دقیق پرتوهای لیزر، کوچک‌ترین حرکت حباب در اثر اعمال یک نیروی خارجی را
اندازه‌گیری کرد. این سیستم از جهاتی شبیه به یک تراز ساختمانی در ارتباط با نیروی
جاذبه است و به همین دلیل هانگل و تیمرانز آن را «ترازBEC» نامیده‌اند.

بنا به اظهارات تیمرانز، این تراز می‌تواند شتاب گرانشی را با دقتی در حدود یک در
۱۰ میلیارد اندازه‌گیری کند. گرچه هم‌اکنون روش‌های دیگری نیز برای اندازه‌گیری
شتاب گرانشی با این دقت وجود دارند؛ تراز BEC این کار را در طول‌های میکرونی انجام
می‌دهد (این مقدار در بهترین روش‌های موجود در حدود میلی‌متر است). از این رو، در
این ابزار می‌توان برای تعیین میزان انحراف گرانش از قانون معروف معکوس مجذوری
استفاده کرد. تعیین چنین انحرافی به دانشمندان کمک می‌کند تا به یکی از بزرگ‌ترین
مسا‌ئل فیزیک یعنی قرار دادن نیروی جاذبه در یکی از سه قسم دیگر نیروهای بنیادی
طبیعت پاسخ دهند، همچنین تیمرانز معتقد است که ترازBEC می‌تواند برای مطالعه
نیروهای کاریمیز-پولدر ـ که با اتم‌های نزدیک به یک سطح احساس می‌شود ـ به کار
گرفته شود.

نتایج این تحقیق در نشریه Physics Review Letters به چاپ رسیده‌است.