کشف مهم یک دانشمند ایرانی ناسا

فیزیکدان ایرانی ناسا در حال ارائه یک شیوه جدید تداخل اتمی است که ممکن است از حساسیت کافی برای ثبت امواج گرانشی برای اولین بار برخوردار باشد.

ایسنا نوشت: امواج گرانشی از مهمترین بخش‌های فیزیک بوده که توسط آلبرت انیشتین در سال ۱۹۱۶ در بخشی از نظریه نسبیت مطرح شده است و می‌تواند در حل بسیاری از معماهای کنونی در مورد منشأ جهان کارساز باشد.

 بابک سیف، فیزیکدان مرکز گودارد ناسا با همکاری محققان دانشگاه استنفورد موفق به دریافت کمک هزینه ناسا برای ارتقای این فناوری انقلابی در زمینه اپتیک اتمی شده است.

امواج گرانشی به امواجی در فضای زمان پیوسته گفته می‌شود که ناشی از حوادث فاجعه بار مانند برخورد ستاره‌های عظیم‌الجثه یا مهبانگ هستند. بررسی این امواج می‌تواند اطلاعات بسیاری در مورد همه‌چیز از سیاه‌چاله‌ها گرفته تا لحظات آغازین پس از انفجار بزرگ ارائه کند.

مشکل دانشمندان این است که این امواج بسیار کم نور بوده و در زمان عبور زمین از میان یکی از آنها با عرض کمتر از یک اتم منبسط و منقبض می‌شود. این واکنش بسیار کوچک حتی با حساسترین ابزارهای موجود نیز غیر قابل شناسایی است و دکتر سیف و همکارانش در تلاش برای ساخت یک تداخل‌سنج با قابلیت استفاده از اتم به جای نور برای تولید یک آشکارساز فوق‌حساس هستند.

قدرت یک تداخل‌سنج اتمی به دقت آن است و اگر مسیر اتم حتی یک پیکومتر نیز تغییر کند، این دستگاه قادر به شناسایی تفاوت آن خواهد بود.

سیف اظهار کرد: با توجه به این دقت سطح اتمی، شناسایی امواج گرانشی یکی از اولین کاربردهای علمی این فناوری در فضا است.

یک دستگاه تداخل‌سنج می‌تواند تغییرات بسیار کوچک را با دقت بسیار زیاد شناسایی کند. نمونه قدیمی آن از نور استفاده کرده و همچنین ابزارهایی مانند امواج رادیویی، پرتو ایکس و دیگر امواج در آن قابل استفاده است.

کارکرد این دستگاه بدین گونه است که یک پرتو نور از میان یک شکافنده پرتو عبور کرده و به دو پرتو جدید تجزیه می‌شود.

یکی از این پرتوها از مسیر اصلی حرکت کرده و دیگری در یک زاویه ۹۰ درجه ارسال می‌شود.

این پرتوها در آینه منعکس شده و دوباره به محل اول خود بازمی‌گردند و سپس شکافنده پرتو هر دو را به سوی یک آشکارساز هدایت می‌کند. امواج سازنده دو پرتو سپس با یکدیگر تداخل داشته و یک الگو را شکل می‌دهند.

بخش هوشمندانه در این تداخل‌سنج جدید این است که اگر چیزی در یکی از این پرتوها تداخل ایجاد کرده و برای مثال مسافت طی شده تغییر بسیار کوچکی داشته باشد، می‌تواند الگوی نهایی را تغییر دهد که دانشمندان می‌توانند از طریق آن اندازه بزرگی تغییر را استنباط کنند.

حساسیت این دستگاه به طول موج مورد استفاده، مسافت طی شده و ثبات دستگاه بستگی دارد.

در تداخل‌سنج اتمی، تیم دکتر سیف در حال بررسی یکی از ویژگی‌های عجیب مکانیک کوانتومی هستند که طبق آن اگر یک اتم تا نزدیکی صفر مطلق سرد شود، ویژگی‌های یک موج را خواهد گرفت.

این تیم قصد دارد تا یک ابر از اتم‌های روبیدیوم خنثی را در یک برج ریزشی ۱۰ متری در آزمایشگاه فیزیک دانشگاه استنفورد وارد کنند. اتم ها در زمان افتادن مورد تابش یک لیزر برای خنک‌سازی و انتشار آنها قرار می‌گیرند.

محققان امیدوارند که این دستگاه نه تنها به اندازه کافی برای شناسایی امواج گرانشی حساس باشد، بلکه برای جهت‌یابی فوق دقیق هواپیماها، زیردریایی‌ها و کاوشگرهای سیارکی مورد استفاده قرار بگیرد. در صورت موفقیت‌آمیز بودن این شیوه، این محققان قصد دارند که آنرا برای یک ماموریت فضایی شامل سه کاوشگر در حال پرواز در یک شکل مثلثی ۵۰۰ تا ۵۰۰۰ کیلومتری برای ایجاد یک تداخل‌سنج اتمی بزرگتر با حساسیت بیشتر منطبق کنند.