کشف فرم جدیدی از نور توسط پژوهشگران

zoomit.ir - مهرداد عیسی لو: گروهی از پژوهشگران ایرلندی در طی تحقیقات خود فرم جدیدی از نور را کشف کرده‌اند که می‌تواند در آینده منجر به توسعه‌ی شبکه‌های مخابراتی سریع‌تر و ایمن‌تر گردد.

فیزیکدانان به تازگی فرم جدیدی از نور را کشف کرده‌اند که از قوانین تکانه‌ی زاویه‌ای موجود پیروی نمی‌کند. این فرم جدید می‌تواند درک ما را از تابش الکترومغناطیسی دگرگون ساخته و به این ترتیب زمینه‌ساز توسعه‌ی مخابرات نوری امن‌تری گردد.


با توجه به مطالعات گسترده‌ی صورت گرفته در خصوص «نور»، ممکن است اینگونه بپندارید که ما در حال حاضر تقریبا همه چیز را در مورد نور می‌دانیم. اما سال گذشته، پژوهشگران یک خاصیت بنیادی و جدید از نور را شناسایی کردند و اکنون نیز تیمی از دانشمندان ایرلندی نشان داده‌اند که نور می‌تواند فرم‌های جدید و غیر منتظره‌ای را به خود بگیرد.

یکی از راه‌های اندازه‌گیری یک پرتوی نور، به کمک تکانه‌ی زاویه‌ای آن است؛ یک کمیت ثابت که میزان چرخش نور را اندازه‌گیری می‌کند. تا کنون تصور می‌شد که برای تمام فرم‌های نور، تکانه‌ی زاویه‌ای مضرب صحیحی از ثابت پلانک (یک ثابت فیزیکی که مقیاس اثرات کوانتومی را تعیین می‌کند) است.

اما محققان کالج ترینیتی دوبلین نشان داده‌اند که فرم جدیدی از نور وجود دارد که در آن تکانه‌ی زاویه‌ای تنها نیمی از ثابت پلانک است. پل ایستهم، پژوهشگر ارشد این تحقیق، می‌گوید: «چیزی که از نظر من، این نتایج را بسیار هیجان انگیز می‌کند، آن است که حتی این خاصیت بنیادی نور (فرم نور)، که فیزیکدانان همواره به ثابت بودن آن اعتقاد داشتند، می‌تواند متغیر باشد.»

کایل بالانتین، یکی دیگر از پژوهشگران این تحقیق، در خصوص تکانه‌ی زاویه‌ای نور توضیح می‌دهد: «هر پرتویی از نور توسط رنگ یا طول موج آن و یک کمیت نسبتا ناآشنا به نام تکانه‌ی زاویه‌ای، توصیف می‌شود. تکانه‌ی زاویه‌ای میزان چرخش یک جسم را اندازه می‌گیرد. همچنین پرتو نوری که در حال حرکت در امتداد یک خط مستقیم است، می‌تواند حول محور خود در حال چرخش باشد. بنابراین، هنگامی که نور از جانب آینه به سمت چشم شما بازتاب می‌شود، هر فوتون به نحوی موجب چرخش چشم شما خواهد شد.»

اگرچه ممکن است کمی گیج کننده به نظر برسد، اما این پدیده به خوبی توسط فیزیکدانان قابل درک است. اما چیزی که دانشمندان تا کنون متوجهش نبودند، این است که تکانه‌ی زاویه‌ای می‌تواند مضرب صحیحی از ثابت پلانک نباشد.

برای درک این پدیده، تیم تحقیقاتی یاد شده، با عبور دادن نور از داخل کریستال، پرتوهایی از نور با ساختار پیچ مانند ایجاد کردند. آن‌ها بدنبال رفتاری جدید از نور بودند که بتواند منجر به بهبود مخابرات نوری شود، اما زمانی که آن‌ها به تحلیل این پرتو‌ی خاص به کمک تئوری مکانیک کوانتومی پرداختند، به نظر می‌رسید که تکانه‌ی زاویه‌ای آن یک عدد نیمه صحیح باشد و این نتیجه قطعا بر خلاف انتظار آن‌ها بوده است.

سپس آن‌ها با طراحی یک آزمایش به بررسی صحت این پیش‌بینی پرداختند، آن‌ها ابزاری را ساختند که جریان تکانه‌ی زاويه‌ای پرتوی نور و تغییرات ایجاد شده در این جریان بدلیل آثار کوانتومی را اندازه‌گیری می‌کرد.

معمولا بر اساس درک کنونی ما از فیزیک، هر یک از این تغییرات کوانتومی باعث تغییر تکانه‌ی زاویه‌ای به صورت عدد صحیح می‌شود. اما این آزمایش نشان‌ دهنده‌ی یک تغییر کوچک بود؛ تکانه‌ی زاویه‌ای هر یک از فوتون‌ها یک و نیم برابر ثابت پلانک بود.

این دستاورد از دو جهت ارزشمند محسوب می‌شود، نخست این که فرم جدیدی از نور کشف شده است، و دیگر اینکه از دهه‌ی ۸۰ میلادی دانشمندان فیزیک نظری پیش‌بینی کرده بودند که مکانیک کوانتومی احتمال وجود ذراتی را که عدد کوانتومی آن‌ها کسری از رقم مورد انتظار است، تقویت می‌کند. و در حال حاضر، برای نخستین بار و به کمک یکی از ذرات نام آشنا، صحت این پیش‌بینی‌ها اثبات شد.

استفانو سانویتو، یکی دیگر از پژوهشگران این تیم تحقیقاتی می‌گوید: «نور همواره یکی از مباحث مورد علاقه‌ی فیزیکدانان بوده است، در حالی که همواره به عنوان یکی از زمینه‌های فیزیک شناخته می‌شود که دانشمندان به بهترین درک از آن دست یافته‌اند. این اکتشاف، دستاورد بزرگی در دنیای فیزیک محسوب می‌شود.»

صرفنظر دگرگون کردن درک ما از نور، این دستاورد می‌تواند کابل‌های فیبر نوری را از لحاظ سرعت و امنیت بهبود بخشد و در نتیجه منجر به توسعه‌ی شبکه‌ي اینترنت امن‌تر و سریع‌تر گردد.

اما قبل از آنکه بتوانیم از مزایای وجود فرم جدید نور بهره‌مند شویم، بایدگروه دیگری از پژوهشگران به تکرار و اعتبارسنجی این تحقیق، بپردازند، تا از صحت آن اطمینان حاصل شود. علم، اغلب یک فرایند کند است، اما هیچکس نمی‌تواند هیجان انگیز بودن آن را انکار کند.