روش غیرمخرب و جدیدی برای اندازه‌گیری دمای گاز فوق‌سرد پیشنهاد شده که دقیق‌تر از دیگر فناوری‌های ممکن است.

گازهای اتمی فوق‌سرد روشی برای ایجاد شبیه‌سازهای کوانتومی پیشنهاد می‌دهند که قادر است مسائل فیزیک کوانتوم که برای ابررایانه‌ها بسیار پیچیده است را حل کند. یک شبیه‌سازی قابل اعتماد نیازمند کنترل دقیق دمای گاز است. با این حال آخرین فناوری‌های اندازه‌گیری دما، یا موجب تخریب گاز می‌شوند یا در دماهای ۱ نانوکلوینی که برای شبیه‌سازی‌ها ضروری است کارآمد نیستند. اکنون محمد مهبودی از موسسه‌ی علوم فوتونیک در اسپانیا و همکارانش طرح بهتری برای اندازه‌گیری دمای یک چگالیده‌ی بوز-اینشتینیِ (BEC) یک‌بعدی بدون مختل کردن این چگالیده را توسعه داده‌اند.

اخیراً پژوهش‌گران دمای یک چگالیده‌ی بوز-اینشتینی را با آزادسازی اتم‌های بدام افتاده و نظارت بر سرعت گسترش این ابرها اندازه گرفته‌اند؛ تکنیکی که به زمان پرواز (time of flight) معروف است. اگرچه این فناوری دقیق است اما رهاسازی اتم‌ها از تله‌‌ موجب تخریب این چگالیده می‌شود. برای دورزدن این مشکل پژوهش‌گران فناوری غیرمخرب را پیشنهاد داده‌اند. اکنون مهبودی و همکارانش چنان روشی را پیشنهاد کرده‌اند که دقیق‌تر از دیگر روش‌هاست. روش آن‌ها از ناخالصی‌های گنجانده شده در این ابرها، به عنوان کاوشگرهای دمایی، استفاده می‌کند.

این تیم با استفاده از مدل‌های ریاضی پیش‌بینی کرده‌اند که اندازه‌گیری‌های مکرر موقعیت و اندازه‌حرکت یک ناخالصی در این گازها از دمای این چگالیده پرده برمی‌دارد. چنان اندازه‌گیری‌های اندازه‌حرکت را می‌توان با فناوری زمان پروازی که تنها شامل آن ناخالصی است، به انجام رساند. این تیم محاسبه‌کرده‌اند که ناخالصی یتربیم در چگالیده‌ای ۲۰۰ پیکاکلوینی تا ۲ نانوکلوینی ساخته شده از اتم‌های پتاسیم می‌تواند به عنوان پروب دمایی با خطای اندازه‌گیری کمتر از ۱۴ درصد عمل کند. این دقت با فناوری‌های مخرب قابل مقایسه است و تا مرتبه‌ای بهتر از دیگر روش‌های غیرمخربی است که تاکنون پیشنهاد شده است.

به گفته‌ی مهبودی و همکارانش فناوری آن‌ها بایستی برای هر چگالیده‌ی بوز-اینشتینی بتواند بکار رود و می‌توان آن را به گازهای دو و سه بعدی نیز تعمیم داد. هرچند این تیم هنوز تلاشی برای اجرای راهبرد پیشنهادی خود نکرده است، اما تاکید می‌کنند که پیش‌بینی‌ آنها شامل پارامترهای ممکن آزمایشگاهی برای گاز و ناخالصی موردنظر است.

این پژوهش در مجله‌ی فیزیکال ریویو لترز منتشر شده است.

درباره‌ی نویسنده:

کریستوفر کراکت نویسنده‌ی آزاد در ویرجینیاست.

منبع:

Taking the Temperature of a Bose-Einstein Condensate