دانشمندان از لیزر برای خنک کردن ناحیه کوچک فیلم تا صفر مطلق برای سنسورهای بسیار حساس استفاده می کنند.

اخیراً محققان دانشگاه بازل از توسعه موفقیت‌آمیز روش جدیدی خبر داده‌اند که می‌تواند مناطق کوچکی از فیلم را تا دمای بسیار نزدیک به صفر مطلق (منفی 273.15 درجه سانتی‌گراد) تنها با استفاده از لیزر خنک کند. بر اساس این گزارش، این فیلم بسیار خنک، ممکن است در آینده برای سنسورهای بسیار حساس استفاده شود.
ستاره شناس آلمانی یوهانس کپلر 400 سال پیش ایده بادبان خورشیدی را مطرح کرد که فضاپیمایی است که از فشار نور خورشید برای ناوبری کیهانی استفاده می کند و می تواند به کشتی ها اجازه دهد تا در فضا حرکت کنند. او معتقد بود که وقتی نور توسط یک جسم منعکس می شود، نیرویی وارد می شود. او همچنین از این نظریه برای توضیح اینکه چرا دم دنباله دارها از خورشید دور هستند استفاده کرد.
این تیم توسط دکتر فیلیپ تروتلین و دکتر پاتریک پاتس رهبری می شد. یافته های آنها اخیراً در مجله علمی Physical Review X منتشر شده است.
بدون بازخورد اندازه گیری
امروزه اتم ها و سایر ذرات با استفاده از نیروی نور کند و سرد می شوند. برای این منظور معمولاً به یک ابزار پیچیده نیاز است. نکته ویژه در مورد رویکرد تیم فوق این است که آنها بدون انجام هیچ اندازه گیری به این اثر خنک کننده دست می یابند.
طبق قوانین مکانیک کوانتومی، حلقه‌های بازخورد اغلب به فرآیندهای اندازه‌گیری نیاز دارند که می‌توانند منجر به تغییرات در حالت‌های کوانتومی و در نتیجه ایجاد اختلال شوند. برای جلوگیری از این امر، محققان دانشگاه بازل سیستمی به نام "حلقه بازخورد منسجم" ایجاد کردند که در آن لیزر هم به عنوان حسگر و هم به عنوان یک دمپر عمل می کند.
آنها با سرکوب و خنک کردن ارتعاشات حرارتی یک فیلم نیترات سیلیکونی به اندازه نیم میلی متر به این امر دست یافتند. محققان در آزمایشات خود، پرتو لیزر را به سمت فیلم نشانه گرفتند و نور منعکس شده از فیلم را به یک کابل فیبر نوری وارد کردند. در طی این عملیات، ارتعاش غشاء تغییرات کوچکی را در فاز نوسان نور منعکس شده ایجاد کرد.
سپس اطلاعات مربوط به حالت حرکت فوری غشاء موجود در فاز نوسان، با تأخیر زمانی، برای اعمال نیروی مناسب به غشا در لحظه مناسب با استفاده از همان لیزر مورد استفاده قرار گرفت. محققان از یک کابل فیبر نوری به طول 30- متر برای دستیابی به تأخیر بهینه حدود 100 نانوثانیه استفاده کردند.
نزدیک شدن به صفر مطلق
محقق فوق دکترا و همکارانش در دانشگاه بازل در سوئیس غشا را تا 480 میکروکلوین یا کمتر از یک هزارم درجه بالای صفر مطلق خنک کردند.
در مرحله بعدی آنها آزمایش را برای رساندن غشاء به حالت پایه مکانیکی کوانتومی نوسانی خود - پایین ترین دمای قابل دستیابی - اصلاح می کنند. ایجاد حالت های به اصطلاح فشرده غشاء باید قابل تصور باشد.
چنین حالت هایی به دلیل توانایی آنها در بهبود دقت اندازه گیری، برای سازه های حسگر مورد توجه خاص هستند. در آینده، میکروسکوپ نیروی اتمی برای اسکن سطوح با وضوح نانومتری یک کاربرد بالقوه برای چنین حسگرهایی خواهد بود.