دانشجوی تحصیلات تکمیلی، جیاژیانگ وانگ مشغول فعالیت روی تله نوری مورد استفاده برای این پژوهش است.

در سالهای اخیر، فیزیکدانان و مهندس ها به طور فزاینده ابزارآلات پیچیده ای را به منظور مطالعه ذرات و برهمکنش های بین آنها با دقت بالا توسعه داده اند. این ابزارها که شامل آشکارسازهای ذرات، حسگرها و شتاب سنج ها می شوند، می توانند به پژوهشگران برای مطالعه فرآیند های فیزیکی با جزئیات بیشتر کمک کرده و به طور بالقوه در اکتشافات جدید جالب توجه سهیم باشند.

پژوهشگران در دانشگاه ییل به تازگی روش جدیدی را معرفی کرده اند که به صورت مکانیکی یک تک واپاشی هسته ای - فرآیندی که از طریق آن یک هسته اتمی ناپایدار از راه گسیل تابش انرژی از دست می دهد- را آشکار سازی کند. رویکرد پیشنهادی آنها که در مقاله ای در مجله Physical Review Letters مطرح شده، به همه ذرات گسیل شده در واپاشی از جمله نوع خنثی آنها که با استفاده از روشهای فعلی دشوار یا غیر ممکن است آشکارسازی شوند، حساس می باشد.

دیوید سی. مور David C. Moore نویسنده همکار مقاله می گوید: "گروه ما در حال توسعه شتابسنج ها و حسگرهای حساس نیرو در مقیاس میکرون با استفاده از گیراندازی نوری ذرات در خلأ است." اخیراً حساسیت این سیستم ها به اندازه ای مطلوب شده که ما دریافتیم می توانیم نیروهای انتقال یافته توسط یک ذره بنیادی منفرد از قبیل یک ذره آلفای گسیل شده در یک واپاشی هسته ای را آشکارسازی کنیم."

هدف اصلی پژوهش جدید توسط مور و همکارانش، توسعه روشهای نوین جهت آشکارسازی واپاشی های هسته ای با استفاده از نیروهای وارد شده توسط ذرات بنیادی منفرد بوده است. چنین روشهایی سرانجام به آنها اجازه خواهند داد تا ذرات بدون بار الکتریکی را آشکارسازی کنند (یعنی ذرات خنثی)، چیزی که به طور خاص با استفاده از آشکارسازهای معمول می تواند چالش برانگیز باشند.

هنگامی که ذره آلفای گسیل شده از درون یک هسته منفرد در حال واپاشی می گریزد میکرو کره ی گیر افتاده به روش نوری، پس زده می شود.

مور توضیح می دهد: "رویکرد ما پایش حرکت یک ذره به اندازه گرد و غبار است که هسته های رادیو اکتیو در آن جای داده می شوند." "اگر حتی یک هسته منفرد در ذره ی گرد و غبار واپاشی کند، ما می توانیم آن را از طریق مشاهده تغییر در بار الکتریکی ذره هنگامی که ذرات بارداری مانند ذرات آلفا یا بتا می گریزند، آشکارسازی کنیم."

در آزمایشهای اولیه خود، گروه نشان دادند که روش آنها آشکارسازی تک واپاشی های هسته ای را ممکن می سازد. به طور قابل توجه، پژوهشگران همچنین توانستند با اندازه گیری دقیق مکان یک کره در چیدمان آزمایشگاهی خود از روی نور لیزری که از آن پراکنده می شد، پس زنی کامل ذره را در یک مقیاس دقیق چند ده نانومتری مشاهده کنند.

مور می گوید: "رویکرد ما به ما امکان می دهد واپاشی های منفردی را که در ذرات رخ می دهند آشکارسازی کنیم، حتی اگر آنها بسیار به ندرت مثلا فقط روزی یک بار اتفاق بیفتند. این شاید به ما امکان دهد تا ذرات با اندازه ی گرد و غبار مرتبط با پایش هسته ای و عدم گسترش را مطالعه کرده و واپاشی های منفرد ایزوتوپ های با عمر طولانی را آشکارسازی کنیم."

این کار می تواند به زودی امکانات جالب توجهی را برای پژوهش های فیزیک ذرات فراهم سازد. روش آشکارسازی نویدبخشی که معرفی شده، می تواند برای مثال به منظور جستجوی ماده تاریک و ذرات ناشناس به کار گرفته شود یا می تواند مطالعه فرآیندهای هسته ای و ذرات خنثی که از آشکارسازهای رایج گریزان هستند را پیش ببرد.

مور می افزاید: "در پژوهش آینده خود، ما قصد داریم تا روشهای مشابهی را برای نانو ذرات کوچکتر گسترش دهیم." "این به ما اجازه خواهد داد تا ضربه تکانه ناشی از یک نوترینوی منفرد در حال فرار از کره را آشکارسازی کنیم. نوترینوها آن قدر در برهمکنش ضعیف هستند که در غیر این صورت بدون آشکارسازی می گریزند، اما این روش جدید می تواند ابزار جدیدی را برای مطالعه این ذرات گریزان فراهم کند."

منبع:

Physicists introduce method for mechanical detection of individual nuclear decays