آسمان، رنگ خود را مرهون فرآیندی معروف به پراکندگی ریلی است که در آن نور از الکترونهای مقید به اتمها بازتاب می شود. فیزیک کوانتوم اثری مشابه به نام پراکندگی دلبروک (Delbruck scattering) را امکان پذیر می سازد که طبق آن فوتونها از میدان الکتروستاتیک اطراف هسته های اتمی منحرف میشوند. اکنون یوناس سامرفلد Jonas Sommerfeldt در دانشگاه صنعتی برانشوایگ آلمان و همکارانش محاسبات بسیار دقیقی از این انحراف کوانتومی (quantum deflection) را ارائه داده اند [1]. نتایج باید به تحلیل آزمایشهای پراکندگی-فوتون هسته ای که می تواند دانش ساختار هسته ای را افزایش دهد، یاری رساند.

بر اساس نظریه کوانتوم، فضای خالی واقعا خالی نیست بلکه مملو از جفتهای ذره-پاد ذره است که خیلی سریع به درون و بیرون از هستی نقل مکان می کنند. پراکندگی دلبروک زمانی رخ می دهد که فوتون ها با چنین جفت هایی در میدان الکتروستاتیک یک هسته برهمکنش می کنند. احتمال وقوع این فرآیند در کمیتی به نام سطح مقطع دلبروک کد گذاری می شود. در مورد هسته های سنگین، مقادیر این کمیت که از محاسبات نظری به دست آمده با آنهایی که از داده های تجربی استخراج شده برای حداقل نیم قرن مغایر بوده اند.

سامرفلد و همکارانش روشی را برای محاسبه سطح مقطع دلبروک توسعه دادند که برای یک بازه گسترده از انرژیهای فوتون و هسته ها دقیق است. ابتکار کلیدی، استفاده از یک تابع ریاضی است که میتواند اثر بخش های معمولا نادیده گرفته شده در سطح مقطع را به حساب آورد. به عنوان یک نمایش، پژوهشگران تکنیک خود را در پراکندگی دلبروک فوتونهای انرژی بالا از هسته های پلوتونیم به کار بردند. بر خلاف محاسبات پیشین، این بار سطح مقطعی به دست آمد که با مقدار تجربی هماهنگی دارد و بنابراین مغایرت ذکر شده را رفع می کند. گروه می گوید که این روش محاسباتی باید آزمایشهای حساس الکترودینامیک کوانتومی، که در آن نظریه بنیادی نحوه برهم کنش نور و ماده را توضیح میدهد، را امکان پذیر سازد.

1. J. Sommerfeldt et al., “All-order Coulomb corrections to Delbrück scattering above the pair-production threshold,” Phys. Rev. Lett. 131, 061601 (2023).

منبع:

Quantum Deflection Unraveled

ترجمه خبر: بهناز ساربانها