ادغام نور با ماده در دمای اتاق؛ جدیدترین دست آورد دانشمندان

دانشمندان دانشگاه Cambridge و Imperial در لندن در دست آوردی جدید توانستند فوتون های نور و ماده را در یک سلول از جنس طلا زندانی کنند و آن ها را در معرض برهم کنش دائمی قرار دهند، این کار برای اولین بار است که در دمای عادی اتاق صورت می گیرد. از این دست آورد در زمینه ساخت تراشه های الکترونیکی دستکاری و کار با اطلاعات کوانتومی و سرعت بخشیدن به پیوند های شیمیایی تک مولکولی می توان استفاده کرد.

وقتی که از ماده برای تولید نور استفاده می کنیم—دو تکه چوب را در نظر بگیرید که با ایجاد اصطکاک بین آن ها آتش و نور تولید می شود—فوتون ها از جایگاه اصلی خود با سرعت بیرون آمده و دور می شوند، ما این فرایند را به صورت نور می بینیم، این فوتون های جدا شده دیگر به جای اولیه خود بر نمی گردند. اما در توضیح این کشف بزرگ اینگونه تصور کنید که فوتون و ماده تولید کننده آن در محفظه ای زندانی شده و به برهم کنش خود ادامه می دهند، دوباره و دوباره.
برای درک این رویداد لیوان چای و لیوان شیری را در نظر بگیرید، می خواهیم آن ها را در لیوان بزرگتری مخلوط کنیم. بعد از ادغام شیر و چای آن ها دیگر از هم جدا نخواهند شد و در هم حل می شوند. این پروژه اما به این می ماند که چای و شیر در لیوانی که در آن زندانی شده اند از هم جدا و دوباره در هم مخلوط شوند و این فرایند را بارها و بارها تکرار کنند. در پروژه انجام شده نیز اگر محفظه حبسِ فوتون و ماده به خوبی آن ها را در خود زندانی کند شاهد فرایندی اینچنینی هستیم.

با اینکه در گذشته نیز چنین کاری صورت پذیرفته اما از آنجا که هزینه و پیچیدگی کار زیاد بوده و در دمای تقریبا صفر درجه صورت گرفته به صورت عملی در تکنولوژی استفاده نشده است. اما روش جدید ارزان است، با یک مولوکول صورت گرفته و در دمای اتاق نیز با موفقیت انجام خواهد شد. تیم انجام این پروژه توسط پروفسور جرمی بومبرگ، اورِن شرمن و هِس رهبری شده است.
محفظه نگهداری که توسط این گروه طراحی شده از یک ورقه بسیار نازک طلا تشکیل شده، به شکلی لوله ای که یک طرف آن با ماده متیلن بلو و با آرایشی خاص و طرف دیگر با ورقه ای از طلا پوشانیده شده است.
فضای داخلی این محفظه تنها 40 نانومتر مربع می باشد، در واقع آنقدر کوچک که فوتون جدا شده از متیلن بلو بار ها و بارها از آن خارج شده و از آنجا که راه فراری ندارد دوباره با آن ادغام می شود.

پروفسور هِس و همکارانش در مطالعات و آزمایش های صورت گرفته مشاهده نمودند که اختلافات کمی بین محاسبات ریاضی و نتایج آزمایش وجود دارد که آن اختلافات ناچیز هم به دلیل فرایندهای کوانتومی غیرخطی و غیر قابل پیش بینی است.

هِس می گوید: «تحلیل و توضیح این پدیده را می توان در سه حیطه ی علوم کلاسیک، نیمه کلاسیک و کوانتومی بیان کرد. زمانی که در تئوری شما چنین پدیده ای را در دمای معمولی محیط انجام می دهید باید انتظار مشاهداتی کلاسیک داشته باشید تا مشاهدات کوانتومی، زیبایی دست آورد ما این بود که با وجود نویزهای محیطی و دمای غیر مناسب و به طور کلی وضعیت کلاسیک محیط ما این پدیده کوانتومی را مشاهده نمودیم.

این مجموعه بر آنند که در آزمایش های آینده لیزرهایی بسازند که به جای استفاده از کاواک اپتیکی که در حال حاضر به کار گرفته می شود از فوتون های زندانی شده خود استفاده کنند.
هس می گوید: « تا دو سال پیش قصد و هدف ما از انجام این پروژه ساختن لیزرهایی در مقایس نانومتری بود که از نور تابیده شده خود تغذیه می کنند و درواقع از فرار کردن آن جلوگیری می کنند».

هس در ادامه اشاره ای به کاربرد ها می کند؛ اینکه چنین دست آوردی به تولید لیزر های بدون لوله متمرکز کننده، ریزپردازنده هایی با سرعت بسیار بالاتر و یا زندانی کردن اطلاعات کوانتومی به گونه ای که در بالا توضیح داده شد کمک می کند.