مدرسه‌ کوانتوم سایکت

🎥⚛جهان از لنز کوانتوم
#داستان_کوانتوم۲

🔺بخش نوزدهم: فناوری لیزر(۲)

✅در این قسمت از داستان کوانتوم به یکی دیگر از فناوری‌های برآمده از انقلاب فناوری کوانتومی خواهیم پرداخت.

📌هماهنگی دو میزر و آزمون پایداری فرکانس
پس از ساخت اولین میزر، گروه تاونز بلافاصله دومین میزر را نیز ساختند تا
فرکانس آن را با میزر اول مقایسه کنند. این دو میزر از گذار ۱.۲۵ سانتی‌متری‌آمونیاک با فرکانس تقریباً ۲۴ گیگاهرتز استفاده می‌کردند. هرچند ساختارشان یکسان بود،
اما تفاوت‌های کوچک در ابعاد کاواک‌های تشدیدی باعث اختلاف اندکی در فرکانس خروجی‌آن‌ها می‌شد. برای بررسی پایداری، سیگنال‌های این دو میزر را برهم نهادند که منجر به تولید سیگنال تپش در محدوده چند صد هرتز شد، مشابه صدای یک هواپیمای دو موتوره‌که یکی از موتورها کمی سریع‌تر از دیگری می‌چرخد. شکل کاملاً سینوسی این سیگنال نشان می‌داد که هر دو میزر با دقت و ثبات بسیار بالایی کار می‌کنند. نتایج این‌آزمایش و دیگر پژوهش‌ها در سال ۱۹۵۵ در مقاله‌ای جامع در مجله Physical Review منتشر شد که باعث افزایش توجه جامعه علمی به میزر شد. این استقبال تا جایی پیش رفت که برخی آزمایشگاه‌ها، مانند JPL در پاسادنا، به انجام آزمایش‌های بیشتری روی آن علاقه‌مند شدند و دانشگاه استنفورد نیز به فکر ساخت
میزرهای تجاری افتاد.

💡پایه‌های نظری لیزر و نقش اینشتین
برخی مورخان علمی، آغاز تئوری لیزر را به ارائه معادلات ماکسول در سال ۱۸۶۵ نسبت می‌دهند. جیمز کلرک ماکسول این معادلات را برای توصیف امواج الکترومغناطیسی ارائه کرد و نشان داد که این امواج با سرعت نور حرکت می‌کنند. او معتقد بود که رفتار نور موجی است، اما بعدها دانشمندان مشاهده کردند که نور می‌تواند هم به‌صورت موج و هم به‌صورت ذره رفتار کند. بسیاری از دانشمندان، آلبرت اینشتین را بنیان‌گذار تئوری لیزر می‌دانند؛ چرا که او در سال ۱۹۱۷ فرایند گسیل القایی را مطرح کرد. شما می‌توانید قسمت‌های اول از داستان کوانتوم را برای آشنایی بیشتر با این موضوع مطالعه نمایید.

🎯شک و تردید دانشمندان بزرگ درباره‌ی میزر
با وجود موفقیت‌های میزر، برخی از فیزیکدانان برجسته مانند نیلز بور و فون
نویمان عملکرد آن را غیرممکن می‌دانستند. زمانی که تاونز درباره‌ی میزر با بورصحبت می‌کرد، او با قاطعیت گفت که چنین چیزی ممکن نیست! فون نویمان نیز همین نظر
را داشت، اما تاونز با اطمینان پاسخ داد که آزمایش‌های او نشان داده که این پدیدهواقعاً کار می‌کند. دلیل اصلی این مخالفت‌ها، اصل عدم قطعیت هایزنبرگ بود. این اصل بیان می‌کند که اندازه‌گیری یک کمیت فیزیکی با دقت بالا، منجر به افزایش عدم قطعیتدر کمیت دیگر می‌شود. از این دیدگاه، برخی دانشمندان باور داشتند که چون اتم‌ها زمان بسیار کوتاهی را در داخل کاواک میزر سپری می‌کنند، فرکانس تابش نمی‌توانددقیق باشد. اما در عمل مشاهده شد که فرکانس میزر دقیق است. علت این
امر در این بود که تابش در نوسانگر میزری اطلاعات دقیقی درباره‌ی انرژی هیچ اتم منفردی ارائه نمی‌دهد، بلکه میانگین رفتار تعداد زیادی از اتم‌ها را منعکس می‌کند.
بنابراین، اصل عدم قطعیت در اینجا نقض نمی‌شد، بلکه به شکلی هوشمندانه در چارچوب اصول مکانیک کوانتومی برآورده می‌شد.

🔎ترکیب فیزیک و مهندسی در ساخت میزر
مهندسانی که از قبل با نوسانگرها و کاواک‌های تشدیدی کار کرده بودند، برخلاف
فیزیکدانان نظری، مشکلی با دقت فرکانسی میزر نداشتند. از دید آن‌ها، میزر صرفاً یک نوسانگر بسیار دقیق بود که مانند سایر سامانه‌های فیزیکی، فرکانسی ثابت تولید می‌کرد. اما آنچه که برای آن‌ها تازگی داشت، پدیده‌ی گسیل القایی بود که امکان تقویت امواج الکترومغناطیسی را فراهم می‌کرد. ساخت میزر مستلزم ترکیب دانش نظری فیزیکدانان و مهارت عملی مهندسان بود. حتی با تمام این شواهد، نیلز بور همچنان قانع نمی‌شد ومعتقد بود که اگر اتم‌ها با سرعت زیاد از میزر عبور کنند، خطوط طیفی آن‌ها باید پهن‌تر شود. اما پس از گفت‌وگوی طولانی با تاونز، در ابتدا به نظر می‌آمد که قانع شده باشد.

🛎میزر و تحول در زمان‌سنجی اتمی
یکی از کاربردهای اساسی میزر، استفاده از فرکانس دقیق و پایدار آن در ساعت‌های
اتمی بود. تا پیش از آن، دقیق‌ترین ساعت‌های اتمی مبتنی بر بلورهای کوارتز درآزمایشگاه بل ساخته شده بودند. با این حال، ارتعاش مکانیکی این بلورها به‌مرور
باعث سایش و کاهش دقت آن‌ها می‌شد و دقت این ساعت‌ها را به ۱ در ۱۰۰ میلیون محدودمی‌کرد. اما فیزیکدانان به دنبال دقتی بسیار بالاتر بودند. ورود میزر به دنیای
فناوری باعث شد که ساعت‌های اتمی با آمونیاک ساخته شوند. پس از آن، جرولد زاچاریاساز MIT توانست با استفاده از اتم‌های سزیم، ساعت اتمی با عمر
طولانی بسازد.

🛎️اصل داستان اینجاست:
Radio.psiket
📌دسترسی به بخش‌های قبلی:
https://psiket.com/story

Castbox

انقلاب فناوری های کوانتومی: لیزر

<p>معرفی اپیزود</p><p>در علم نیز مثل هر فعالیت دیگر هر بار که انسان روی پدیده­ای تمرکز می­کند همواره جنبه­های تازه­ای از آن پدیدار می­شود، لیزر یکی از ن...

www.tg-me.com/us/telegram/com.psiket_academy/1035

784 viewsFeb 22 at 13:35

🎥⚛جهان از لنز کوانتوم
#داستان_کوانتوم۲

🔺بخش نوزدهم: فناوری لیزر(۲)

✅در این قسمت از داستان کوانتوم به یکی دیگر از فناوری‌های برآمده از انقلاب فناوری کوانتومی خواهیم پرداخت.

📌هماهنگی دو میزر و آزمون پایداری فرکانس
پس از ساخت اولین میزر، گروه تاونز بلافاصله دومین میزر را نیز ساختند تا
فرکانس آن را با میزر اول مقایسه کنند. این دو میزر از گذار ۱.۲۵ سانتی‌متری‌آمونیاک با فرکانس تقریباً ۲۴ گیگاهرتز استفاده می‌کردند. هرچند ساختارشان یکسان بود،
اما تفاوت‌های کوچک در ابعاد کاواک‌های تشدیدی باعث اختلاف اندکی در فرکانس خروجی‌آن‌ها می‌شد. برای بررسی پایداری، سیگنال‌های این دو میزر را برهم نهادند که منجر به تولید سیگنال تپش در محدوده چند صد هرتز شد، مشابه صدای یک هواپیمای دو موتوره‌که یکی از موتورها کمی سریع‌تر از دیگری می‌چرخد. شکل کاملاً سینوسی این سیگنال نشان می‌داد که هر دو میزر با دقت و ثبات بسیار بالایی کار می‌کنند. نتایج این‌آزمایش و دیگر پژوهش‌ها در سال ۱۹۵۵ در مقاله‌ای جامع در مجله Physical Review منتشر شد که باعث افزایش توجه جامعه علمی به میزر شد. این استقبال تا جایی پیش رفت که برخی آزمایشگاه‌ها، مانند JPL در پاسادنا، به انجام آزمایش‌های بیشتری روی آن علاقه‌مند شدند و دانشگاه استنفورد نیز به فکر ساخت
میزرهای تجاری افتاد.

💡پایه‌های نظری لیزر و نقش اینشتین
برخی مورخان علمی، آغاز تئوری لیزر را به ارائه معادلات ماکسول در سال ۱۸۶۵ نسبت می‌دهند. جیمز کلرک ماکسول این معادلات را برای توصیف امواج الکترومغناطیسی ارائه کرد و نشان داد که این امواج با سرعت نور حرکت می‌کنند. او معتقد بود که رفتار نور موجی است، اما بعدها دانشمندان مشاهده کردند که نور می‌تواند هم به‌صورت موج و هم به‌صورت ذره رفتار کند. بسیاری از دانشمندان، آلبرت اینشتین را بنیان‌گذار تئوری لیزر می‌دانند؛ چرا که او در سال ۱۹۱۷ فرایند گسیل القایی را مطرح کرد. شما می‌توانید قسمت‌های اول از داستان کوانتوم را برای آشنایی بیشتر با این موضوع مطالعه نمایید.

🎯شک و تردید دانشمندان بزرگ درباره‌ی میزر
با وجود موفقیت‌های میزر، برخی از فیزیکدانان برجسته مانند نیلز بور و فون
نویمان عملکرد آن را غیرممکن می‌دانستند. زمانی که تاونز درباره‌ی میزر با بورصحبت می‌کرد، او با قاطعیت گفت که چنین چیزی ممکن نیست! فون نویمان نیز همین نظر
را داشت، اما تاونز با اطمینان پاسخ داد که آزمایش‌های او نشان داده که این پدیدهواقعاً کار می‌کند. دلیل اصلی این مخالفت‌ها، اصل عدم قطعیت هایزنبرگ بود. این اصل بیان می‌کند که اندازه‌گیری یک کمیت فیزیکی با دقت بالا، منجر به افزایش عدم قطعیتدر کمیت دیگر می‌شود. از این دیدگاه، برخی دانشمندان باور داشتند که چون اتم‌ها زمان بسیار کوتاهی را در داخل کاواک میزر سپری می‌کنند، فرکانس تابش نمی‌توانددقیق باشد. اما در عمل مشاهده شد که فرکانس میزر دقیق است. علت این
امر در این بود که تابش در نوسانگر میزری اطلاعات دقیقی درباره‌ی انرژی هیچ اتم منفردی ارائه نمی‌دهد، بلکه میانگین رفتار تعداد زیادی از اتم‌ها را منعکس می‌کند.
بنابراین، اصل عدم قطعیت در اینجا نقض نمی‌شد، بلکه به شکلی هوشمندانه در چارچوب اصول مکانیک کوانتومی برآورده می‌شد.

🔎ترکیب فیزیک و مهندسی در ساخت میزر
مهندسانی که از قبل با نوسانگرها و کاواک‌های تشدیدی کار کرده بودند، برخلاف
فیزیکدانان نظری، مشکلی با دقت فرکانسی میزر نداشتند. از دید آن‌ها، میزر صرفاً یک نوسانگر بسیار دقیق بود که مانند سایر سامانه‌های فیزیکی، فرکانسی ثابت تولید می‌کرد. اما آنچه که برای آن‌ها تازگی داشت، پدیده‌ی گسیل القایی بود که امکان تقویت امواج الکترومغناطیسی را فراهم می‌کرد. ساخت میزر مستلزم ترکیب دانش نظری فیزیکدانان و مهارت عملی مهندسان بود. حتی با تمام این شواهد، نیلز بور همچنان قانع نمی‌شد ومعتقد بود که اگر اتم‌ها با سرعت زیاد از میزر عبور کنند، خطوط طیفی آن‌ها باید پهن‌تر شود. اما پس از گفت‌وگوی طولانی با تاونز، در ابتدا به نظر می‌آمد که قانع شده باشد.

🛎میزر و تحول در زمان‌سنجی اتمی
یکی از کاربردهای اساسی میزر، استفاده از فرکانس دقیق و پایدار آن در ساعت‌های
اتمی بود. تا پیش از آن، دقیق‌ترین ساعت‌های اتمی مبتنی بر بلورهای کوارتز درآزمایشگاه بل ساخته شده بودند. با این حال، ارتعاش مکانیکی این بلورها به‌مرور
باعث سایش و کاهش دقت آن‌ها می‌شد و دقت این ساعت‌ها را به ۱ در ۱۰۰ میلیون محدودمی‌کرد. اما فیزیکدانان به دنبال دقتی بسیار بالاتر بودند. ورود میزر به دنیای
فناوری باعث شد که ساعت‌های اتمی با آمونیاک ساخته شوند. پس از آن، جرولد زاچاریاساز MIT توانست با استفاده از اتم‌های سزیم، ساعت اتمی با عمر
طولانی بسازد.

🛎️اصل داستان اینجاست:
Radio.psiket
📌دسترسی به بخش‌های قبلی:
https://psiket.com/story

BY مدرسه‌ کوانتوم سایکت