ساخت کوچکترین هارد دیسک جهان

ساخت کوچکترین هاردیسک جهان با تکنولوژی خاص

دانشمندان موفق به ذخیره یک بایت داده در هارددیسک مغناطیسی کوچکی شدند که خودشان آن را با تنها 96 اتم ساخته بودند. این پیشرفتی است که می‌تواند نوید تولید انبوه هارددیسک‌هایی را با ظرفیت 200 تا 300 برابر حجم متعارف‌شان بدهد.

به گزارش ورد آی تی , دانشمندان شرکت IBM و مرکز "پژوهش‌های لیزر الکترونی آلمان" (CFEL)، با تولید کوچک‌ترین هارددیسک‌ دنیا به ابعاد 96 اتم و حجم یک بایت، رکورد جدیدی را در ساخت کوچک ترین هارد دیسک ثبت کردند. هارددیسک‌های معمولی، برای ذخیره تنها یک بایت داده، به نیم‌میلیارد اتم نیازمندند. به عبارت دیگر، به کمک فناوری جدید، می‌توان ظرفیت یک آیپاد‌ تاچ را به 12.8 ترابایت رساند.سباستین لوت (Sebastian Loth) از CFEL سرپرست این پژوهش می‌گوید: "این ایده را به کمک پدیده‌ای که در طبیعت به وفور اتفاق می‌افتد، می‌توان عملی کرد."منظور لوت از این پدیده، چگونگی چرخش الکترون‌ها در یک اتم است. هارددیسک‌های امروزی، نیازمند یک ماده مغناطیسی همچون آهن هستند تا جهت چرخش همه الکترون‌های‌شان مشابه باشد. این هاردها با تفسیر نحوه جهت‌گیری مغناطیسی نواحی مختلف روی دیسک و نیز استفاده از یک محیط بیرونی برای انتقال داده‌ها به آن، کار خوانش اطلاعات را به ثمر می‌رسانند.

اما این مواد مغناطیسی، که به "فرومغناطیس" (ferromagnetic) معروف هستند را تا حد مشخصی می‌شود کوچک کرد. چراکه اگر نواحی مغناطیسی مختلف روی یک دیسک، بیش از اندازه به هم نزدیک شوند، میدان‌های مغناطیسی‌شان با هم تداخل و کار ذخیره‌سازی داده‌ها را مشکل می‌کند، و یا به‌گفته لوت، "به‌سختی می‌توان اطلاعات را در این محیط مغناطیسی متراکم جای داد"، اما در موادی که ذاتاً مغناطیسی نیستند و به مواد "پادفرومغناطیس" (antiferromagentic) مشهورند، الکترون‌ها جهت چرخش مشخصی ندارند و به‌شکل خنثی عمل می‌کنند.لوت می‌گوید: "از آنجاکه نواحی پادفرومغناطیسی، فاقد میدان مغناطیسی هستند، می‌توان بر تراکم‌شان افزود." در واقع دانشمندان می‌توانند اطلاعات را در فضایی به عرض تنها یک نانومتر، جا بدهند.

براساس گزارش ورد آی تی ، این گروه، به کمک ابزار ویژه‌ای موسوم به "میکروسکوپ تونلی- روبشی" (STM)، موفق به تولید این هارددیسک، از اتم‌های منفرد شدند. آن‌ها اتم‌ها را به دقت در صفوف شش‌تایی قرار دادند و تنها دو صف برای ذخیره کردن یک بایت داده کفایت می‌کرد. از این‌رو با هشت جفت صف شش‌تایی، یک هادردیسک به ظرفیت یک بایت ایجاد شد.هر جفت صف اتم‌ها، شامل دو وضعیت مغناطیسی بالقوه به نمایندگی از صفر و یک است. گسیل یک پالس الکتریکی از میکروسکوپ STM کافی است تا نحوه جهت‌گیریِ مغناطیسی، از یک صف به صف دیگر انتقال یابد. از پالس الکتریکی ضعیف‌تری هم برای خوانش داده‌ها استفاده می‌شود.

ماتیاس بوده (Mathias Bode)، استاد فیزیک کاربردی دانشگاه ورزبورگ آلمان می‌گوید: "این پژوهش نشان می‌دهد شما تمامی پیش‌نیازهای لازم برای ذخیره‌سازی داده بر یک ذره پادفرومغناطیسی را در اختیار دارید." این پژوهش، از منظر دیگری هم حائز اهمیت است: دانشمندان متوجه شده‌اند حداقل چه تعداد اتم‌ را می‌توان تا پیش از حکمفرمایی قوانین محدودکننده کوانتومکانیکی، تحت کنترل گرفت. ظاهراً ۱۲ اتم، حداقل‌ تعداد لازم برای چنین کاری است. کمتر از این تعداد، اطلاعات ذخیره‌شده‌مان با اثرات کوانتومی در هم می‌آمیزد و تفکیک‌شان از هم میسر نیست.

منبع : ورلد آی تی

راهکار سوم برای اثبات اصل هم ارزی جرم و انرژی از دیدگاه مکانیک کوانتومی

در مبحث : جرم صفر و ایجاد شرایط بی وزنی ، تسلیحات گرانشی /  راهکاری جدید برای اثبات اصل هم ارزی جرم و انرژی /  ارایه رابطه هم ارزی جرم و انرژی مستقل از سرعت امواج نور و گرانشی  راهکار دوم برای اثبات اصل هم ارزی جرم و انرژی ارایه شد . در این مبحث سعی می‌کنیم راهکار سوم اثبات این هم ارزی را منحصرا از دیدگاه مکانیک کوانتومی ارایه کنیم که مستقل از تمامی قوانین و روابط و حتی دیدگاه‌های نسبیت است .

به طور خلاصه پراکندگی پرتوهای اشعه ایکس توسط الکترونهای اتمی در پدیده کامپتون به سال 1923 به وضوح نشان داد که تکانه خطی Pp هر کوانتوم تابش الکترومغناطیسی توسط رابطه زیر داده میشود . 

 Pp تکانه فوتون ، h ثابت پلانک و λ طول موج الکترومغناطیس است . از این رو چنین فرض شد که تابشهای الکترومغناطیس به صورت فوتونهایی هستند که دارای خواص مکانیکی ذره گونه میباشند . دوبروی در سال 1924 عکس این مطلب را در نظر گرفت و پیشنهاد کرد که ذرات نیز باید دارای خواص موج گونه باشند . به فرض آنکه این موج دوبروی سینوسی باشد ، فرکانس و طول موج آن توسط روابطی عکس روابط کامپتون و پلانک به دست می‌آید . 

E انرژی ، f بسامد یا فرکانس موج الکترومغناطیس و P تکانه هر ذره دارای جرم میباشد .

c سرعت نور که جایگزین v سرعت فوتون میشود . در واقع چون خاصیت موج گونه برای تمامی ذرات جرم دار مشاهده شده است ، میتوان این هم ارزی جرم و انرژی بدست آمده برای فوتون را به تمام اجرام و اجسام تعمیم داد و آن را برای ذرات و اجسام جرم دار جهان شمول کرد . نتیجه کلی اینکه اگر ما در مبحث مکانیک کوانتومی موفق به اندازه گیری تکانه فوتون و پیدا کردن رابطه آن شویم ، میتوانیم به همان نتیجه اصل هم ارزی جرم و انرژی نسبیت برسیم .

سایه های رنگی

سایه ها همیشه سیاه و سفید نیستند. 
 

وقتی دو رنگ متفاوت نور در یک نقطه از صفحه بتابند، نور بازتابیده ازآن نقطه که به چشم شما می رسد، مخلوط رنگی نامیده می شود. زیرا شامل رنگهایی از هر دو نور است. ما می توانیم دربارهُ درک انسان از رنگ با استفاده از تشکیل مخلوط رنگی آگاه شویم.

وسایل مورد نیاز

• یک سطح سفید ( د یوار سفید یا یک ورق کاغذ سفید)
• چراغ هایی به رنگ قرمز، سبز و آبی ( که برای موازی کردن نور در حباب قرار دارند)
• هر جسم جامدی مثل مداد، خط کش، یا...

شرح آزمایش  

چراغ ها را طوری قرار دهید که نور از هر سه چراغ در یک نقطه از دیوار بیفتد و تقریباً همهُ چراغ ها در یک فاصله از صفحه باشند. برای نتیجهُ بهتر نور سبز را بین آبی و سبز قرار دهید.
چراغها را روشن کنید و موقعیت حبابها را طوری تنظیم کنید که سفیدترین رنگ را در محل تلاقی سه نور روی پرده ایجاد کنند. برای نتیجه بهتر تا آنجا که می توانید اتاق را تاریک کنید. یک جسم با ضخامت کم و مات را ، مثل مداد، نزدیک پرده قرار دهید. فاصله ی آن را از پرده طوری تنظیم کنید که سه سایهُ رنگی ببینید.
جسم را برداشته ، یکی از چراغهای رنگی را خاموش کنید و توجه کنید که چگونه رنگ روی پرده تغییر می کند. سپس جسم را جلوی پرده قرار دهید ورنگ سایه ها را ببینید. جسم را نزدیک پرده ببرید تا دو سایه روی هم بیفتند. به مخلوط این دو سایه توجه کنید.
مرحلهُ قبلی را به نوبت با هر یک از سه چراغ انجام دهید و سپس برای هر سه رنگ آزمایش را تکرار کنید و اندازه و فاصله ی جسم را از پرده تغییر دهید.
آزمایش را به جای جسم با استفاده از دست خود نیز انجام دهید.

چه اتفاقی در حال وقوع است؟

شبکیهُ چشم انسان سه گیرنده برای نورهای رنگی دارد : یکی از این گیرنده ها به نور قرمز حساستر است ، یکی به آبی و دیگری به سبز.
هنگامی که نور سبز، آبی و قرمز را روی پرده می اندازید، پرده را سفید خواهید دید. زیرا هر سه این رنگها، گیرنده های شبکیه ی شما را به طور مساوی تحریک می کنند و شما رنگ سفید را می بینید.
بااین سه نور رنگی شما می توانید سایه های هفت رنگ متفاوت را تولید کنید : آبی، قرمز، سبز، سیاه ، آبی-سبز، مخلوط آبی و قرمزو زرد (مخلوط قرمز و سبز) . اگر شما دو تا از سه چراغ را خاموش کنید، سایه ی رنگ سوم را خواهید دید. اگر هر سه رنگ را ببندید، سایه ی سیاه خواهید داشت. و اگر یکی از سه رنگ را ببنیدید، شما سایه ای خواهید داشت که رنگ آن مخلوطی از دو رنگ دیگر است . اگر آبی و سبز مخلوط شوند، رنگ آبی- سبز را می سازند؛ قرمز و سبز، زرد را می سازند و قرمز و آبی نیز نوعی قرمز را می سازند.  

اگر شما نور قرمز را خاموش کنید، و فقط آبی و سبز روشن باشند، روی پرده فقط رنگ آبی- سبز خواهید داشت. و وقتی جسمی جلوی پردهُ آبی-سبز قرار دهید، دو سایه می بینید : آبی و سبز. اگر جسمی را جلوی نور سبز بگیرد، سایه ی آن را آبی خواهید دید ؛ وبالعکس اگرجسمی را جلوی نور آبی بگیرد سایه ی آن را سبز خواهید دید. و در نهایت اگر شما جسم را نزدیک پرده قرار دهید، سایه ی سیاهی را مشاهده خواهید کرد.
هنگامی که نور سبز را خاموش کنید، مخلوطی از آبی و قرمز روی پرده دارید و سایه ها قرمز و آبی اند.
وقتی شما نور آبی را خاموش کنید ، رنگ زرد را روی پرده دارید و سایه ها قرمز و سبز اند.
این به نظر عجیب می آید که ترکیب نور سبز و قرمز، نور زرد را روی پرده ی سفید ایجاد می کند.

معرفی یک سایت

 در این سایت شما می توانید  مطالب متنوع فیزیکی را با پسوند های   

Pdf , Doc به آسانی   

دانلود   

نمایید   

با تشکر فراوان از گروه فیزیک  اداره کل آموزش و پرورش خراسان رضوی

 جهان موازی ثابت شد

مردی که چند ثانیه ازهمه انسان ها جوانتر 

 است؟

فیزیک دانان کوانتومی دانشگاه کالیفرنیا کشف عجیبی کرده اند.به گونه ای که نشان می دهد جسمی که در مقابل یک فرد قرار گرفته ودیده می شود می تواند به صورت هم زمان در جهاتی موازی نیزوجود داشته باشد

داشته باشد.این کشف به واسطه ذرهای کوچک وفلزی انجام شده است:

براده ای به قطر یک تار موجسمی که بسیار ریز است اما در عین حال می توان ان را با چشم غیر مسلح نیز مشاهده کرد دانشمندان این ذره را در کاسه ای مخروطی وتاریک سرد کرده وتمامی هوای اطراف ان را برای حذف ارتعاش خارج کردند و مشاهده کردند ذره در زمانی واحد حرکت کرده و متوقف می شود.

چگونه این پدیده را درک کنیم؟

برای درک این پدیده که کاملا غیر ممکن به نظر می رسدباید بسیار کوچک اندیشید حتی کوچک تر از اتم ها الکترون هایی که به دور هسته اتم در گردش اند در ان واحد در حالت های چند گانه حرکت می کنند.((شان کرول))از موسسه تکنو لوژی کالیفر نیا یکی از این فیزیک دانان بوده و معتقد است تا زمانی که نتوان تمدن های فوق پیشرفته ی بیگانه را تصور کرد که پی به واقعیت این نظزیه برده اندانسان ها تحت تاثیر امکان وجود جهان های دیگر قرار نخوا هند گرفت.وی در عین حال معتقد است هرگز فردی قادر به ابداع دستگاهی نخواهد بود که با استفاده از ان بتوان میان این جهان ها ارتباط برقرار کرد.درک واقعیت جهان موازی بستگی شدیدی به درک انسان از زمان دارد. به گفته((کرول))ما زمان را به صورت واقعی احساس نمی کنیم تنها شاهد گذشت ان هستیم.برای مثال گذشت زمان هنگام یک مسابقه هیجان انگیز بسیار سریع ودر سر یک درس کسل کننده کاملا کند است.یا هنگامی که فردی تلاش می کند با تاخیر در دفتر کارش حاضر نشود دقایق برای وی با سرعتی باور نکردنی می گذرند اما چند دقیقه باقیمانده از ساعت کار به راحتی با چندین ساعت برابری میکنند.

که ثابت کردن انها تقریبا غیر ممکن به نظر می است. به بیان ساده تر می توان گفت زمانی که فردی در شهر اکلا ها ما به دیدن مادر خود میرود در جهان موازی که ذرات اتمی وی در ان حظور دارند همان فرد در خانه مشغول تماشای تلویزیون است.به گفته دانشمندان شاید این پدیده کاملا غیر واقعی به نظز برسد اما بر پایه ی علم حقیقی رخ می دهد. بر اساس یکی از نظریه های فیزیکی زمانی که پدیده ای در یک حالت مشاهده می شود این پدیده جهان را به دو بخش تقسیم می کند.نظریه چند حالتی بر این پایه استوار است که جهان فعلی طی مشاهده انسان متوقف شده وانسان تنها یکی از واقعیت های در حال وقوع را مشاهده می کند.برای مثال می تواند توپ فوتبال را ببیند که در هوا در پرواز است اما

شاید در جهان موازی این توپ در همان لحظه سقوط کرده باشد یا شاید اصلا فردی در ان لحظه مشغول بازی فوتبال نباشد.

بسیاری از فیزیک دانان بزرگ پایه های علمی جهان چند حالتی را قبول دارند حتی اگر نتوان انها را اثبات کرد

بازگشت به اینده

((فرد الن ولف)) از دانشمندان فیزیک کوانتوم نیز معتقد است به شکل یک خیابان یک طرفه به نظر می رسد که از گذشته به سوی حال در حرکت است اما با در نظر گرفتن نظریه های قابل ملاحظه ای که در سطح کوانتومی ارائه شده اند ذرات در ان واحد به سمت عقب و جلو در حرکت اند. در صورتی که بتوانیم از بخش((جلو و عقب رفتن در ان واحد))صرف نظر کنیم شانس درک بخشی از فیزیک را از خود گرفته ایم . به گفتهی ولف زمان در ماشین های کوانتومی به صورت مستقیم حرکت نمی کند بلکه حرکتی زیگزاگی دارد و به همین دلیل وی معتقد است امکان ساختن ماشینی که بتواند زمان را منحرف کند وجود دارد.

به گفته((ریچارد گات))فیزیک دان دانشگاه پرینستون ((سرگئی کریکالو))که در 6 ماموریت فضایی حضور داشته است نسبت به بقیه انسان های روی زمین چند ثانیه جوان تر است زیرا وی در سرعتی بسیار بالا در مدار حرکت کرده است وکم سن تر بودن نسبت به بقیه به معنی جهش به اینده وتجربه نکردن زمان حال مشابه با دیگران است. از جهتی می توان گفت این فضا نورد به سوی اینده سفر کرده و دوباره باز گشته است!

گات می گوید : نیوتون باور داشت زمان پدیده ای جهانی است و تمامی ساعت های جهان به صورت یکسان حرکت می کنند. اکنون با توجه به نظریه ی نسبیت خصوصی انیشتین می توان گفت که سفر به اینده امکان پذیر است. با در نظر گرفتن نظریه ی گرانش انیشتین قوانین فیزیک از منظری که امروز انها را درک می کنیم نشان می دهند حتی سفر در زمان به سوی گذشته نیز امکان پذیر است اما برای مشاهده یامکان این سفر باید قوانین جدید فیزیکی در سطح کوانتومی فرا گرفته شوند. درک این قوانسن نیز با استفاده از ذرهای فلزی و بسیار کوچک و کاسه ای مخروطی شکل اغاز شده است در واقع فیزیک دانان دانشگاه کالیفر نیا با ابداع خود مقیاس ماشین های کوانتومی را به ابعاد بزرگتری تغییر دادند. مساله بعدی فرا گرفتن چگونگی کنترل ماشین های کوانتومی و استفاده از انها برای اجسام بزرگتر است.در این صورت شاید بتوان با دستکاری تنها چند الکترون به جهان موازی دست پیدا کرد.  

----------------------- 

با تشکر از نوشته های سایت فیزیک و فیزیک دانان

 

انرژی نقطه صفر  

زوج ماده‌ - ماده‌های خنثی عامل اصلی انرژی نوسان خلاء یا انرژی نقطه صفر هستند

به استناد تعاریف فعلی / "    بدون هیچگونه میدان خارجی و با حذف تمامی اشعه‌ها ، باز هم انرژی نوسانات خلاء وجود دارد . در واقع فضا در پایین‌ترین نقطه پتانسیل خود ، دارای مقدار انرژی مخالف صفر است . انرژی نقطه صفر یا انرژی نوسان خلاء ، اصطلاحی است که برای نوسانات تصادفی امواج الکترومغناطیسی در خلاء بکار برده میشود و این انرژی پس از حذف تمام انرژی‌های موجود در محیط ، باز هم مشاهده می‌شود . مفهوم انرژی نقطه صفر نخستین بار توسط انیشتین و اوتو استرن در سال 1913 تحت عنوان « انرژی رسوبی »  یا  « انرژی مبهم صفر » مطرح شد . همه سیستم‌های کوانتومی دارای یک مقدار انرژی نقطه صفر هستند . این اصطلاح عموما برای حالت‌های کوانتومی نوسانات هماهنگی بکار می‌رود که در آن نوسان کننده‌ای وجود ندارد . در کیهان شناختی نیز انرژی خلاء مبنای ثابت کیهان شناختی است . نمونه آزمایشی انرژی نقطه صفر مستقیما توسط اثر کاسیمیر (  کازیمیر ) در مقیاس نانو مشاهده شد . یک روش برای توضیح این پدیده ، استفاده از اصل عدم قطعیت مکانیک کوانتومی است که به موجب آن انرژی نمی‌تواند به طور مطلق صفر باشد . مسئله مهم دیگری ، فرایند تولید ذرات مجازی است که نتیجه اصل عدم قطعیت است و طبق رابطه زیر امکان پذیر است :

  ћ=h/2π  ,  ∆E∆T≥ћ

که طی آن خلاء ممکن است یک یا چند ذره با انرژی E∆ در مدت کوتاه T∆ تولید کند . بنابرین هرگونه تجزیه و تحلیلی باید بتواند تولید ذرات در خلاء حتی تابش هاوکینگ در یک میدان قوی گرانشی ، نظیر میدان گرانشی سیاه چاله‌ها را توجیه کند . "

گوردن کانه نظریه پرداز فیزیک ذرات بنیادی و استاد دانشگاه میشیگان که کارهای او روی آزمایش و گسترش مدل استاندارد متمرکز است ، ده سوال بی‌جواب فیزیک را منتشر کرده است . اولین سوال مطرح شده این است که همه نظریه‌های امروزی به‌ طور ضمنی بیان می‌کنند که جهان باید حتی در خالی‌ترین مناطق خود شامل تراکم شدید انرژی باشد . اثرات گرانشی این پدیده که آن را انرژی خلاء می‌نامند ، یا می‌بایست جهان را مدتها پیش درهم تنیده باشد یا باعث گسترش آن به مقداری بسیار بیش از اندازه کنونی شده باشد . مدل استاندارد نمی‌تواند برای فهمیدن این نکته که مسئله ثابت کیهان‌شناسی نامیده می‌شود ، کمکی کند ! 

اما موضوع بسیار مهم این است که ما باید همواره این نکته را به یاد داشته باشیم که انرژی نقطه صفر دارای ماهیتی الکترومغناطیسی است ، بنابرین عنصر یا عامل تولید کننده این انرژی نیز باید از ویژگی‌های میدان‌های الکترومغناطیسی برخوردار باشد ، یعنی باردار باشد تا بتواند ویژگی‌های الکترومغناطیسی انرژی نقطه صفر را توجیه کند . و ما میتوانیم از اثرات ( میدانهای ) گرانشی موجود در خلاء چشم پوشی کنیم . ولی همانطور که می‌دانیم دسترسی به مکانی بدون هیچگونه میدان خارجی و با حذف تمامی اشعه‌ها ( صفر کلوین ) اگر غیر ممکن نباشد کار بسیار سختی است ، برای اینکه اگر ما از هر مانعی استفاده کنیم ممکن است میادین بر آن مانع القا شده و بعد خود همین مانع ، مولد میدان شود و همچنین ممکن است این مانع خود جاذب اشعه و سپس مولد و دافع این اشعه شود ، ولی به هر حال میتوان اینگونه فرض کنیم که در هستی هیچ سکونی وجود ندارد ، به طور مثال اتم‌ها و ملکول‌ها با سرعتهای بسیار بالا در حال نوسان هستند که در جامدات دامنه این نوسانات کم ولی در گازها این دامنه نوسانات نسبتا زیاد است و همواره اتم‌ها و ملکولها با شدت با هم برخورد و تصادم دارند . در مورد خلاء و زوج ماده - ماده‌های خنثی هم اینگونه است ، در واقع زوج ماده - ماده‌های خنثی همواره در نوسان هستند و با هم برخورد دارند و این برخوردها باعث بوجود آمدن تغییر در سرعت زاویه‌ای ( اسپین ) ذرات شده که به نوبه خود مولد امواج الکترومغناطیس است . در پاره‌ای از موارد ممکن است پیوندها در بازه زمانی بسیار کوتاهی گسسته و مجددا برقرار شوند و همچنین بسیار محتمل است که تصادم مابین زوج الکترون - الکترونها و زوج پروتون - پروتونها رخ دهد که در لحظه برخورد علی‌رغم تولید و انتشار امواج الکترومغناطیس ، چنانچه برخوردها شدید باشد شاهد پدیدار شده اتمهای هیدروژن و یا پاد هیدروژن و .... باشیم ، آشکار شدن ذرات و پاد ذرات نیز بسیار محتمل و توجیه پذیر است که در نوع خود بسیار شگفت انگیز خواهد بود ( یعنی آفرینش ذرات و اتم یا زایش آنها از خلاء ) ، ولی به طور کلی برخورد و تصادم زوج ماده - ماده‌های خنثی انرژی‌زا است و آنهم از نوع الکترومغناطیسی و این پدیده در همه جا عملی و ممکن است حتی درون اطاق یا خانه‌ای که درون آن هستیم . پیوند مجدد ذرات با دریافت انرژی از محیط یا خلاء همراه است که این فرایند دمای خلاء را متعادل نگه می‌دارد . اما موضوع مهم این است که ما نمی‌توانیم میدان الکتریکی را مستقل از میدان مغناطیسی در نظر بگیریم و برعکس که در مورد ماده و انرژی برای ما در این عالم فیزیکی آفریده شده هم این چنین است ، یعنی هر جا انرژی باشد باید به دنبال ماده یا جرم ( یعنی منبع تولید و انتشار آن ) باشیم و هر جا ماده یا جرم باشد باید به دنبال تولید و انتشار انرژی بود ، تصور این دو به تنهایی و انفرادی برای ما غیر ممکن به‌نظر می‌رسد . زوج ماده - ماده‌های خنثی می‌توانند حجم و جرم بسیار عظیمی از کیهان را تشکیل داده باشند که نه تنها قابل مشاهده و احساس نیستند بلکه انرژی بسیار عظیمی را درون خود محبوس و به دام انداخته‌اند . به طور خلاصه اگر زوج ماده - ماده‌های خنثی در آزمایشگاه شناسایی شوند ما در علم فیزیک نیاز به یک خانه تکانی بزرگ خواهیم داشت البته اگر بتوانیم از نظریات قبلی دست بکشیم و نگرش جدیدی نسبت به آزمونها داشته باشیم که در نهایت مفاهیم علم فیزیک عصر ما دگرگون خواهند شد . اگر ما انرژی نسبتا زیادی را در نقطه‌ای از فضا ( خلاء ) متمرکز و یا تشدید کنیم به نحوی که موفق به گسستن پیوند مابین زوج ماده - ماده‌های خنثی شویم ، بعد از انحراف و جداسازی آنها خواهیم توانست با شتاب دهنده‌ها این ذرات را در آشکارسازها مشاهده کنیم .

به طور خلاصه همانطور که در مبحث ( وارونگی میادین الکتریکی ، توجیهی جدید برای تولید زوج ماده - پاد ماده . بر خلاف انتظار ما ، ماده - پاد ماده یکدیگر را نابود نمی‌کنند  ) توضیح داده شد الکترونها و سایر ذرات باردار ساکن نیستند و حول محور فرضی خود با سرعت چرخشی بسیار بالایی در حال دوران هستند که به این دوران آنها اسپین گفته میشود . اگر دوران الکترون را موافق چرخش عقربه‌های ساعت فرض کنیم و آن را از بالا بنگریم مشاهده میشود که :  

امتداد خطوط میدان از مرکز الکترون یا میدان الکتریکی ، خارج  و حول مرکز به صورت دوایری تو در تو و پیوسته در می‌آید که میتوانیم آن را یک میدان الکتریکی بسته و تا بینهایت در نظر بگیریم ، برای اینکه این میدان دایره‌ای شکل هیچ آغاز و پایانی ندارد . همانطور که میدانیم ، هرگاه میدان الکتریکی در فضا برقرار شود ، میدان مغناطیسی عمود بر امتداد آن پدیدار خواهد شد و برعکس آن نیز صادق است که به مجموعه این دو میدان در فضا ، میدان الکترومغناطیس گفته میشود .  

در شکل فوق نمای الکترون ( سطح دایره‌ای قرمز رنگ ) از پهلو و در حال دوران حول محور عمودی نشان داده شده است ، به گونه‌ای که اگر از بالا به آن بنگریم جهت چرخش آن موافق جهت چرخش عقربه‌های ساعت خواهد بود . خطوط افقی سیاه رنگ ، میادین الکتریکی و فلش قرمز رنگ جهت میدان  الکتریکی از روبرو را نشان میدهد که در این صورت جهت فلشهای آبی رنگ ، جهت میدان مغناطیسی تشکیل شده را نشان میدهد . با توجه به دو قطبی بودن الکترون و ذرات باردار دیگر ، آنها میتواند تشکیل زوج ماده - ماده دهند یعنی شکل زیر : 

یک زوج ماده - ماده خنثی یا یک سیستم دوتایی با میدان الکترومغناطیسی بسته را میتوان چنین فرض کرد .

همانطور که در شکل فوق مشخص است میادین الکتریکی و مغناطیسی ( الکترومغناطیسی ) به صورت بسته در آمده و زوج در خارج از میادین  خنثی بنظر رسیده و غیر قابل شناسایی است . تنها زمانی که این زوج‌ها با هم تصادم و تماس حاصل کنند امواج الکترومغناطیس تولید و منتشر خواهد شد که ما چنین استنباط خواهیم کرد که این انرژی و نوسان آن مربوط به خلاء است که در واقع چنین نیست .  

این انرژی الکترومغناطیسی که به نام انرژی نوسان خلاء یا انرژی نقطه صفر شناخته شده است مربوط به تصادم زوج ماده - ماده‌های خنثی میشود . البته همانطور که می‌دانیم طول موج این امواج الکترومغناطیسی خیلی بیشتر از قطر ذرات باردار است حتی قطر خود اتمها و طول موج این امواج تابع سرعت زاویه‌ای ذرات باردار میباشد ، موضوعی است که در مبحث تولید و انتشار امواج الکترومغناطیس به آن خواهیم پرداخت .

اینک سعی می کنیم نیروی حاصل از اثر کازیمیر مابین دو آینه ( صفحه فلزی تخت ) موازی را توجیه کنیم :

همانطور که می دانیم این نیرو در فواصل خیلی کم ( در فواصل میکرو و نانو متری ) آشکار میشود . با توجه به شکل زیر دلیل این پدیده میتواند این باشد که : 

دا شدن زوج ذرات از یکدیگر خیلی سریع و در فواصل بسیار کوتاهی انجام می پذیرد و در هنگام جدایی زوج ، دو بار الکتریکی   مثبت و منفی پدیدار میشود که آینه ها همانند دو صفحه یک خازن عمل کرده و ذرات باردار موقتا روی آنها مستقر شده و در زمان بازگشت به جانب یکدیگر جهت تشکیل زوج ذره جدید ، صفحات را به طرف یکدیگر می کشانند و این نیروی کشش تا یک اتمسفر ( یک کیلوگرم یا 10 نیوتن بر سانتی متر مربع ) اندازه گیری شده است ، یعنی شکل زیر : 

جالب اینجاست که دورتر از فواصل میکرونی این نیرو مشهود نیست و دلیل آن میتواند این باشد که اکثر زوج ذرات در هنگام گسسته شدن پیوند ، بیشتر از این فاصله از همدیگر دور نمیشوند .

محاسبه سرعت تصادم زوج الکترون - الکترونها با یکدیگر : 

 انرژی جنبشی که میبایست معادل کمترین انرژی لازم برای تولید زوج الکترون - پوزیترون باشد ، m جرم که جرم دو زوج الکترون ( چهار الکترون ) در تصادم شاخ به شاخ در نظر گرفته میشود و v  سرعت الکترونها میباشد و از دیدگاه مکانیک کلاسیک سرعت تصادم میبایست معادل سرعت نور باشد که با در نظر گرفتن قوانین نسبیت و فیزیک کوانتوم با توجه به افزایش جرم و انرژی ذرات در سرعتهای بالا ، سرعت تصادم مسلما کمتر از سرعت نور خواهد بود .

حالتی به نام بوز - انیشتین

این حالت ماده، یعنی حالت متراکم، تنها حالت ماده است که در زمان کشف شدن آن، شما هم به دنیا آمده بودید. در 1995 دو دانشمند به نام های کرنل و وای من، این حالت ماده را ساختند. دو دانشمند دیگر یعنی ساتیندرا بوز و آلبرت انیشتین وجود داشتن این حالت را در سال 1920 پیش بینی کرده بودند. ولی آنها وسایل و امکانات لازم را برای ساختن آن نداشتند. اما ما حالا می توانیم!

اتم های پلاسماها فوق العاده داغ و فوق العاده برانگیخته هستند. اما حالت متراکم(BEC) درست برعکس این است. آنها کاملا تحریک نشده و فوق العاده سرد هستند.

درباره حالت متراکم:

بگذارید اول "متراکم شدن" را توضیح بدهیم. متراکم شدن یا چگالش وقتی رخ می دهد که چند مولکول گاز با یکدیگر جمع شده و تبدیل به مایع بشوند. این اتفاق به خاطر کاهش انرژی می افتد. اتم های گازها واقعا برانگیخته و پر انرژی هستند. وقتی انرژیشان کم می شود، حرکتشان کند می شود و دور هم جمع می شوند و می توانند تبدیل به قطره شوند.

وقتی آب را می جوشانید، بخار آب روی در  قابلمه چگالیده یا متراکم می شود.

یعنی روی در فلزی سرد شده، دوباره به مایع تبدیل می شود. حالا به آن یک ماده چگال می گویند.

حالت متراکم در دمای فوق العاده پایین اتفاق می افتد. حتما درباره مقیاس های دما و درجه کلوین می دانید. در صفر درجه کلوین تمام مولکول ها از حرکت می ایستند. دانشمندان راهی پیدا کرده اند که بتوانند ماده را تا دمای نزدیک به صفر مطلق سرد کنند.

وقتی که دما تا این حد کم می شود، می شود با چند عنصر خاص حالت متراکم ماده ساخت. کرنل و وای من این کار را با عنصر روبیدیم انجام دادند.

بگذار یکپارچگی رخ بدهد!

خب حالا ماده ای داریم که سرد است اما نه هر سردی! چون یک تکه یخ هنوز در حالت جامد است. اما وقتی به دمایی نزدیک صفر مطلق می رسیم، اتفاق خاصی می افتد. اتم ها شروع به جمع و یکپارچه شدن می کنند. تمام این اتفاق در دمایی حدود چند بیلیونیم درجه رخ می دهد، در نتیجه شما آن را توی خانه تان تجربه نمی کنید.

نتیجه ی این یکپارچه شدن اتم ها، حالت متراکم بوز - انشتین است.

اتم هایی که در یک محل جمع شده اند، تشکیل یک ابر اتم می دهند. دیگر هزاران اتم مجزا نداریم. همه آنها کیفیت مشابهی دارند و برای هدف ما تبدیل به یک توده واحد شده اند.

شبکیه خود را ببینید

شما می‌توانید با استفاده از یک نور بسیار ضعیف تصویر شبکیه و رگهای خونی شبکیه و حتی نقطه کور خود را ببینید.

وسایل مورد نیاز

• یک عدد چراغ قوه کوچک با نور بسیار ضعیف
• یک عدد برگه سیاه؛ برای تهیه نور ضعیف از این روش می‌توان استفاده کرد:

از یک چراغ قوه کوچک که بوسیله دو باطری روشن می‌شود استفاده کرده به جای دو باطری از یک باطری و یک قطعه رسانا به عنوان رابط استفاده کنید (برای مثال می‌توان از یک میخ هم اندازه با باطری یا هر قطعه رسانای دیگر که خاصیت الکتریکی خاصی ندارد، استفاده کرد. این کار تنها برای کامل کردن مدار است). با این روش نور لامپ به مقدار کافی کاهش یافته و تبدیل به یک نقطه نورانی می‌شود.

شرح آزمایش

 

1.  اتاق را کاملا تاریک کرده و مراحل زیر را با دقت انجام دهید.
2. چراغ قوه را در 1سانتیمتری چشم و اندکی پایینتر از مرکز مردمک چشم قرار دهید و برگه سیاه را مقابل چشمانتان قرار دهید و به آن نگاه کنید. طوری که زمینه دیدتان را کاملا پر کند.
3. منبع نور را حدود نیم سانتیمتر به طرف چپ حرکت دهید. توجه کنید که با حرکت منبع نور مسیر نگاهتان تغییر نکند و همچنان به برگه سیاه نگاه کنید.
4. منبع را آرام آرام از چشمانتان دور کنید.
5. بعد از حدود 20 ثانیه با کمی دقت متوجه می‌شوید که تصویری همانند شاخه‌های درخت به روی صفحه ظاهر می‌شود این تصویر در واقع طرحی از رگهای خون رسان به شبکیه است. این رگها وظیفه خون رسانی به قسمتهای مختلف این عضو را دارند. نقطه ورود این رگها به شبکیه، نقطه کور نام دارد.

نتایج آزمایش

1. در چشم انسان رگهای خونی در قسمت داخلی کره چشم و روی شبکیه گسترده شده‌اند. شما در حالت عادی قادر به دیدن این رگها نیستید زیرا آنها حرکت نمی‌کنند و چشم انسان قادر به تشخیص تصاویر غیر متحرک نیست.
2. با جابجایی منبع نور سایه رگها تغییر کرده و شما می‌توانید این تصویر را ببینید. 

منبع : سایت رشد

گریز از مرکز

به بهانه شورع غنی سازی اورانیوم ۲۰درصد

مقدمه

سنگ معدن اورانیوم موجود در طبیعت از دو ایزوتوپ ²³⁵U به مقدار 0.7 درصد و ²³⁸U ‏به مقدار 3.99 درصد تشکیل شده است. سنگ معدن را ابتدا در اسید حل کرده و ‏بعد از تخلیص فلز ، اورانیوم را بصورت ترکیب با اتم فلوئور (⁹F ) و بصورت مولکول ‏اورانیوم هگزا فلوراید تبدیل می‌کنند که به حالت گازی است. سرعت متوسط ‏مولکولهای گازی با جرم مولکولی گاز نسبت عکس دارد.

غنی سازی با دستگاه سانتریفیوژ

سانتریفیوژ دستگاهی است که برای جدا سازی مواد از یکدیگر بر اساس وزن آنها استفاده می‌شود. این دستگاه مواد را با سرعت زیاد حول یک محور به گردش در می‌آورد و مواد متناسب با وزنی که دارند از محور فاصله می‌گیرند. در واقع در این روش برای جدا سازی مواد از یکدیگر از شتاب ناشی از نیروی گریز از مرکز استفاده می‌گردد، کاربرد عمومی این دستگاه برای جداسازی مایع از مایع و یا مایع از جامد است. سانتریفیوژهایی که برای غنی سازی اورانیوم استفاده می‌شود حالت خاصی دارند که برای گاز تهیه شده‌اند که به آنها Hyper-Centrifuge گفته می‌شود. پیش از آنکه دانشمندان از این روش برای غنی سازی اورانیوم استفاده کنند از تکنولوژی خاصی بنام Gaseous Diffusion به معنی پخش و توزیع گازی استفاده می‌کردند.

غنی سازی با دیفوزیون گازی Gaseous Diffusion

گراهان در سال 1864 پدیده‌ای را کشف کرد که در آن سرعت متوسط مولکولهای ‏گاز با معکوس جرم مولکولی گاز متناسب بود. از این پدیده که به نام دیفوزیون ‏گازی مشهور است برای غنی سازی اورانیوم استفاده می‌کنند. در عمل اورانیوم ‏هگزا فلوراید طبیعی گازی شکل را از ستونهایی که جدار آنها از اجسام متخلخل ‏‏(خلل و فرج دار) درست شده است عبور می‌دهند. سوراخهای موجود در جسم ‏متخلخل باید قدری بیشتر از شعاع اتمی یعنی در حدود 2.5 آنگسترم (^7-‏25x10 سانتیمتر) باشد.

ضریب جداسازی متناسب با اختلاف جرم مولکولها است. روش غنی سازی ‏اورانیوم تقریبا مطابق همین اصولی است که در اینجا گفته شد. با وجود این ‏می‌توان به خوبی حدس زد که پرخرج ترین مرحله تهیه سوخت اتمی همین ‏مرحله غنی سازی ایزوتوپها است، زیرا از هر هزاران کیلو سنگ معدن اورانیوم ‏‏140 کیلوگرم اورانیوم طبیعی بدست می‌آید که فقط یک کیلوگرم ²³⁵U ‏خالص در آن وجود دارد. Gaseous Diffusion از جمله تکنولوژیهایی بود که ایالات متحده طی جنگ جهانی دوم در پروژه‌ای بنام منهتن (Manhattan) برای ساخت بمب هسته‌ای ، با کمک انگلیس و کانادا به آن دست پیدا کرد.

در این روش با تکرار استفاده از این صفحات فیلتر مانند ، بصورت آبشاری (Cascade) ، میزان ²³⁵U را به مقدار دلخواه بالا می‌بردند. این روش اولین راهکارهای صنعتی برای غنی سازی اورانیوم بود که کابرد عملی پیدا کرد. نمونه‌ای از سانتریفیوژهای گازی آبشاری که برای غنی سازی اورانیوم از آنها استفاده می‌شود. Hyper-Centrifuge اما در روش استفاده از سانتریفیوژ برای غنی سازی اورانیوم ، تعداد بسیار زیادی از این دستگاهها بصورت سری و موازی بکار می‌برند تا با کمک آن بتوانند غلظت ²³⁵U را افزایش دهند.

گاز هگزافلوراید اورانیوم (UF6) در داخل سیلندرهای سانتریفیوژ تزریق می‌شود و با سرعت زیاد به گردش در آورده می‌گردد. گردش سریع سیلندر ، نیروی گریز از مرکز بسیار قوی تولید می‌کند و طی آن مولکولهای سنگینتر (آنهایی که شامل ایزوتوپ ²³⁸U هستند) از مرکز محور گردش دورتر می‌گردند و برعکس آنها که مولکولهای سبکتری دارند (حاوی ایزوتوپ ²³⁵U ) بیشتر حول محور سانتریفیوژ قرار می‌گیرند.

در این هنگام با استفاده از روشهای خاص گازی که حول محور جمع شده است جمع آوری شده به مرحله دیگر یعنی دستگاه سانتریفیوژ بعدی هدایت می‌گردد. میزان گاز هگزافلوراید اورانیوم شامل ²³⁵U که در این روش از یک واحد جداسازی بدست می‌آید به مراتب بیشتر از مقداری است که در روش قبلی (Gaseous Diffusion) بدست می‌آید، به همین علت است که امروزه در بیشتر نقاط جهان برای غنی سازی اورانیوم از این روش استفاده می‌کنند.

بزرگترین دستگاههای آبشاری سانتریفیوژ در کشورهایی مانند فرانسه ، آلمان ، انگلستان و چین در حال غنی سازی اورانیوم هستد. این کشورها علاوه بر مصرف داخلی به صادرات اورانیوم غنی شده نیز می‌پردازند. کشور ژاپن هم دارای دستگاههای بزرگ سانتریفیوژ است، اما تنها برای مصرف داخلی اورانیوم غنی شده تولید می‌کند.

غنی سازی اورانیم از طریق میدان مغناطیسی

یکی از روشهای غنی سازی اورانیوم استفاده از میدان مغناطیسی بسیار قوی می‌باشد. در این روش ابتدا اورانیوم هگزا فلوئورید را حرارت می‌دهند تا تبخیر شود. از طریق تبخیر ، اتمهای اورانیوم و فلوئورید از هم تفکیک می‌شوند. در این حالت ، اتمهای اورانیوم را به میدان مغناطیسی بسیار قوی هدایت می‌کنند. میدان مغناطیسی بر هسته‌های باردار اورانیم نیرو وارد می‌کند ( این نیرو به نیروی لورنتس معروف می‌باشد) و اتمهای اورانیوم را از مسیر مستقیم خود منحرف می‌کند. اما هسته‌های سنگین اورانیم (²³⁸U ) نسبت به هسته‌های سبکتر (²³⁵U ) انحراف کمتری دارند و درنتیجه از این طریق می‌توان ²³⁵U را از اورانیوم طبیعی تفکیک کرد.

کاربردهای اورانیوم غنی شده

• شرایطی ایجاد کرده اند که نسبت ²³⁵U به ²³⁸U را به 5 درصد می‌‏رساند. برای این کار و تخلیص کامل اورانیوم از سانتریفوژهای بسیار قوی استفاده ‏می‌کنند.
• برای ساختن نیروگاه اتمی ، اورانیوم طبیعی و یا اورانیوم غنی شده بین 1 تا 5 ‏درصد کافی است.
• برای تهیه بمب اتمی حداقل 5 تا 6 کیلوگرم ²³⁵U صد درصد خالص نیاز ‏است. در صنایع نظامی از این روش استفاده نمی‌شود و بمبهای اتمی را از ²³⁹Pu که سنتز و تخلیص شیمیایی آن بسیار ساده‌تر است تهیه ‏می‌کنند.  

  

 نحوه تولید سوخت پلوتونیوم رادیو اکتیو

این عنصر ناپایدار را در نیروگاههای بسیار قوی می‌سازند که تعداد نوترونهای ‏موجود در آنها از صدها هزار میلیارد نوترون در ثانیه در سانتیمتر مربع تجاوز ‏می‌کند. عملا کلیه بمبهای اتمی موجود در زراد خانه‌های جهان از این عنصر ‏درست می‌شود.‏ روش ساخت این عنصر در داخل نیروگاههای هسته‌ای به این صورت که ‏ایزوتوپهای ²³⁸U شکست پذیر نیستند، ولی جاذب نوترون کم انرژی هستند. تعدادی از نوترونهای حاصل از شکست ²³⁵U را ‏جذب می‌کنند و تبدیل به ²³⁹U می‌شوند. این ایزوتوپ از اورانیوم بسیار ‏ناپایدار است و در کمتر از ده ساعت تمام اتمهای بوجود آمده تخریب ‏می‌شوند.

در درون هسته پایدار ²³⁹U یکی از نوترونها خود به خود به ‏پروتون و یک الکترون تبدیل می‌شود. بنابراین تعداد پروتونها یکی اضافه شده و عنصر جدید را که 93 پروتون دارد ‏نپتونیوم می‌نامند که این عنصر نیز ناپایدار است و یکی از نوترونهای آن خود به ‏خود به پروتون تبدیل شده و در نتیجه به تعداد پروتونها یکی اضافه شده و عنصر ‏جدید پلوتونیم را که 94 پروتون دارد ایجاد می‌کنند. این کار حدودا در مدت یک هفته ‏صورت می‌گیرد.