يوجد اليوم بالفعل العديد من التقنيات الفعالة لتضخيم وكشف إشارات الموجات الميكروية الضعيفة، وبعضها يجعل من الممكن اكتشاف حتى جسيم ميكروويف واحد (فوتون)، ولكنها تتطلب استخدام مواد فائقة التوصيل يتم تبريدها إلى درجة حرارة الصفر المطلق تقريبًا. وتمكن باحثو التخنيون من زيادة التبريد اللازم بأكثر من 50 درجة
يعد إشعاع الميكروويف ظاهرة شائعة في الطبيعة وفي العديد من الأجهزة الاصطناعية. وهو الإشعاع الذي يقع طول موجته على الطيف بين المليمتر والمتر. أحد المظاهر المثيرة لمثل هذا الإشعاع في الطبيعة هو إشعاع الخلفية الكوني، الذي تم اكتشافه في ستينيات القرن العشرين، ويقدم الكثير من المعلومات حول الانفجار الأعظم الذي أنتجه. في الاستخدام اليومي، نحن على دراية بشكل خاص بجهاز الميكروويف، الذي يسمح لنا بتسخين الطعام بسرعة عالية، ولكن الموجات من هذا النوع تستخدم أيضًا في مجالات أخرى، بما في ذلك الاتصالات الخلوية، والاتصالات في الفضاء السحيق، والكشف عن المادة المظلمة، وكذلك أجهزة لتقنيات الكم (الاتصالات والحوسبة والاستشعار). تعتمد العديد من التطبيقات التكنولوجية المتقدمة على إشارات الموجات الدقيقة ضعيف إلى حد كبير، أن اكتشافها في الوقت الفعلي يمثل تحديًا تكنولوجيًا معقدًا للغاية. ولذلك، تعمل العديد من المجموعات البحثية على تطوير طرق لتحقيق ذلكاسترجل من إشعاع الميكروويف. ومن المهم بالطبع ألا يؤدي هذا الكسب إلى إضافة ضوضاء كبيرة من شأنها أن تتداخل مع إعادة إنتاج الإشارة الأصلية.
يوجد اليوم بالفعل العديد من التقنيات الفعالة لتضخيم إشارات الموجات الميكروية الضعيفة والكشف عنها، وبعضها يجعل من الممكن اكتشاف حتى جسيم ميكروويف واحد (فوتون)، ولكنها تتطلب استخدام مواد فائقة التوصيل يتم تبريدها إلى درجة حرارة تبلغ حوالي 10 ملي كلفن. تقنية أخرى ممكنة هي مايزر - جهاز يشبه الليزر ولكنه يعتمد على إشعاع الميكروويف. تتمتع هذه التكنولوجيا، التي تم تطويرها بالفعل في منتصف القرن العشرين، بالعديد من المزايا، بما في ذلك الضوضاء المنخفضة للغاية ومقاومة النبضات القوية لإشعاع الميكروويف. تم استخدام هذه التكنولوجيا، من بين أمور أخرى، للكشف عن إشعاع الخلفية الكونية وكذلك للتواصل مع المركبات الفضائية خارج النظام الشمسي. ومع ذلك، تتطلب تقنية المايزر تبريد النظام إلى درجة حرارة قريبة من الصفر المطلق، حيث أنه عندما يعمل المايزر عند درجة حرارة أعلى من 20 كلفن، فإنه يحدث الكثير من الضوضاء التي لا تسمح بالحصول على معلومات دقيقة وموثوقة حول إشعاع الميكروويف الأصلي.
الحرارة والضوضاء
تم الرد على هذين العيبين - درجة الحرارة والضوضاء - في دراسة نشرها باحثون من كلية شوليش للكيمياء في المجلة علم السلف. يقدم البحث، الذي تم إجراؤه كجزء من أطروحة الدكتوراه للدكتور أليكس شيرمان تحت إشراف البروفيسور آرون بلانك، جهاز مازر هادئ نسبيًا يعمل عند درجات حرارة أعلى من نقطة غليان النيتروجين (-195.8 درجة مئوية)، أي جيدًا. فوق 1 كلفن. يعتمد الميزر على بلورات الماس ومن العيوب التي تميزها - مركز الشغور النيتروجيني. الماس عبارة عن ذرات كربون تم ضغطها تحت ضغط عالي وبالتالي ثبتت في بلورة مرتبة، والعيب المذكور يشمل ذرة نيتروجين تحل محل إحدى ذرات الكربون وبجوارها غيابه لذرة الكربون حيث "من المفترض" أن تكون. يتمتع هذا العيب بخصائص فريدة استغلها الباحثون لجعله جهاز ليزر فعالًا وصامتًا يعمل على تضخيم إشارات الموجات الميكروية. ووفقا للباحثين، يمكن استخدام الجهاز الجديد لإظهار ظواهر إضافية مثل الأصداء المتعددة والإشعاع الفائق، والتي قد تكون ضرورية في الديناميكا الكهربائية الكمومية، ويمكن استخدامه أيضًا كمذبذب - مولد موجة. وفي تقديرهم، سيؤدي التطور المذكور أعلاه إلى إنجازات جديدة في علوم الكم والهندسة والتطبيقات الفيزيائية المختلفة.
ويحظى البحث بدعم المؤسسة الوطنية للعلوم وهيئة الابتكار كجزء من بحث بالتعاون مع شركة ALTA لصناعة الطيران.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
