تم تسجيل ثلاث براءات اختراع حول هذا الاكتشاف، ولا تزال التكنولوجيا في عمليات تسويق متقدمة. وسيكون من الممكن استخدام الأجهزة الجديدة للكشف عن السرطان، وإنشاء أجهزة ليزر متقدمة وقياسات دقيقة، وكذلك بناء الاتصالات وأجهزة الكمبيوتر الكمومية.
اكتشف باحثو التخنيون وطوّروا مصادر ضوء جديدة تنبعث منها أزواج من الفوتونات، وهو أمر سيساعد في تحديد أنواع السرطان، وإنشاء أجهزة ليزر متقدمة ونبضات بصرية قصيرة للغاية، بالإضافة إلى بناء اتصالات وأجهزة كمبيوتر كمومية. وقد سجل التخنيون ثلاث براءات اختراع لهذا الاكتشاف، وهو الآن بصدد تسويق التكنولوجيا تجاريًا.
"ينبعث من مصادر الضوء ضوء يتكون من فوتونات"، يوضح البروفيسور مئير أورنشتاين من كلية الهندسة الكهربائية في التخنيون. "اكتشفت مجموعتنا وطورت مصادر ضوء جديدة تنبعث منها أزواج من الفوتونات وليس تيارًا من الفوتونات." ونُشر هذا الاكتشاف في المجلة العلمية Nature Photonics وأثار اهتمامًا كبيرًا في العالم العلمي. إن الإمكانية الفيزيائية لانبعاث أزواج الفوتون معروفة منذ عقود، ولكن حتى الآن لم يتمكن أحد من قياس الظاهرة في المواد القابلة للتطبيق (تم قياسها فقط في الذرات في الحالة الغازية). وقرر باحثو التخنيون محاولة قياس ذلك في الحالة الصلبة أيضًا، ونجحوا بالفعل في القيام بذلك في المواد التي تعتبر أشباه الموصلات. وبعد أن أظهروا الظاهرة الفيزيائية – كما ذكرنا لأول مرة في الحالة الصلبة – قاموا ببناء جهاز LED خاص، يصدر أزواجاً من الفوتونات بدلاً من تيار من الفوتونات. تم تحقيق هذا الإنجاز العلمي على يد البروفيسور أورنشتاين وطلابه في الدكتوراه - أليكس حياة وبافل جينزبرج، ولاحقًا أيضًا أمير نباط.
يوضح البروفيسور أورنشتاين: "إن مصادر الضوء التي تنبعث منها أزواج الفوتون لها خصائص مختلفة عن تلك الموجودة في مصادر الضوء المعروفة اليوم". "أولاً، يقوم جهازنا بإصدار مجموعة واسعة جدًا من الألوان في نفس الوقت، وخاصة في نطاق الأشعة تحت الحمراء بأكمله - وهو شيء مثالي للاستشعار - على سبيل المثال للكشف عن الملوثات أو المواد البيولوجية. لاكتشافها، عليك تسليط الضوء عليها بمجموعة واسعة جدًا من الألوان. يصدر مصباح LED العادي الضوء بلون معين وليس بعدة ألوان. ميزة أخرى لجهازنا هي الانبعاث في نبضات زمنية قصيرة جدًا، مما يساعد على إجراء قياسات دقيقة للأوقات والمسافات. كما أن حقيقة أن كل زوج من الفوتونات ينبعث في نفس الوقت تخلق اتصالاً كميًا بين هذه الفوتونات، وهو أمر ضروري لبناء أجهزة الكمبيوتر الكمومية والاتصالات. ويتم تطبيق كل ذلك في مكون صغير جدًا يعمل في درجة حرارة الغرفة وبتكلفة منخفضة جدًا."
وقد أعلن باحثو التخنيون مؤخرًا عن اختراقين آخرين في هذا المجال. وفي مقال نشر في المجلة العلمية Physical Review Letters، ذكروا أنه تم لأول مرة بناء مضخم بصري لأزواج الفوتون في الحالة الصلبة. في المضخم البصري، تكون كمية الضوء الخارجة من الجهاز أكبر من كمية الضوء الداخلة إليه، وهذا هو حجر الزاوية الأساسي الذي يمكن أن يبنى عليه ليزر أزواج الفوتون. وتمكن باحثو التخنيون أيضًا من دمج انبعاث أزواج الفوتون داخل الهياكل النانومترية، وبالتالي زيادة شدة الانبعاث ألف مرة. وقد نشر هذا الإنجاز في المجلة العلمية Nano Letters.
تعليقات 19
هل انبعاث الفوتونات أحادي اللون ومتماسك؟
كولا كافود ليتشا مي إيما
يمكن تجاهل الرد رقم 16، لأنه صبياني وغبي، وبالتالي لا يستحق الاهتمام.
هل هذا يعني أن توراتك (العلماء) مبنية أيضًا على هراء؟
عدي عنده حق (:
مستخدم مجهول:
لا أستطيع إلا أن أفترض أن تسفي كان يعني "لن تقيس أبدًا" عندما كتب "لن تقيس أبدًا".
الغزال
أولا وقبل كل شيء، شكرا على التوضيح.
لم أحاول بعد حساب البيانات التي كتبتها، لكن لا يزال من غير الواضح بالنسبة لي كيف وصلت إلى نتيجة 2.5
ومن الواضح أن المعادلة E=hf لا تعطي القيمة 2.5. وهذا يعني أنه يجب إجراء حسابات البيانات الإضافية (التي ذكرتها)، وكنت آمل بالفعل أن تكتب المعادلة بأكملها ونتيجة لذلك فإن بيانات "كثافة الضوء" تساوي القيمة "2.5".
لازفي، شكرا لك على الرد الحكيم
عملية حسابية رقمية صغيرة:
للضوء طول موجي مرئي يتراوح بين 4000 و7000 أنجستروم (أنجستروم = 10-^10 م).
أي 5-^10*4-7 سم.
تبلغ سرعة الضوء 10^10*3 سم في الثانية، وبالتالي فإن التردد (السرعة مقسومة على الطول الموجي) يبلغ حوالي 15^10 هرتز. اضرب في ثابت بلانك (27-^10*6.626) وسنحصل على ما يلي تقريبًا:
11-^10 أرج.
احسب عدد الفوتونات التي تضرب سم مربع في الثانية على سطح الأرض نتيجة للإشعاع الشمسي:
الإشعاع الشمسي هو 33^10*3.8 إرج في الثانية.
مسافة كدها من الشمس هي 13^10*1.5 سم أي أن مساحة الوشاح على البعد الذي تقع فيه كدها هي حوالي 27^10*2.83 أي ما يقارب 6^10*1.35 إرج في الثانية لكل سنتيمتر مربع - أي:
في كل ثانية، يصل ما يصل إلى 17^10 فوتونًا من إشعاع الشمس إلى سنتيمتر مربع من سطح الأرض.
هذا مجرد ترتيب من حيث الحجم - عندما كان التقريب الرئيسي هو افتراض أن جميع الفوتونات القادمة من الشمس هي نفس اللون - في الواقع يجب أن تكون النتيجة أعلى لأنني افترضت فوتونًا نشطًا نسبيًا - إذا كان الأمر كذلك فإنه يعطي نوعًا من الفهم.
نعم:
كمية الأنجي في فوتون واحد تحقق E=hf حيث f هو تردد الفوتون وh هو ثابت بلانك.
الغزال
"..أن الشدة المقاسة لشعاع الضوء ستكون دائمًا عددًا صحيحًا مضروبًا في شدة الفوتون الواحد (إذا كانت شدة كل فوتون 1 - فسيتم قياس شدة الضوء دائمًا على أنها 2.5)."
من فضلك هل يمكنك ترجمة هذا إلى معادلة رياضية؟
1. إلى النقطة (الرد 6): تعليقك متعجرف، وفي غير محله. انظر الرد رقم 7 بقلم زفي.
2. ليزفي (الرد 7): أحسنت على الشرح البسيط والشامل!
رافائيل،
بشكل عام، ينبعث الضوء في شكل جسيمات تسمى الفوتونات - من بين أمور أخرى، أحد المعاني هو أن شدة شعاع الضوء المقاسة ستكون دائمًا عددًا صحيحًا مضروبًا في شدة الفوتون الواحد (إذا كانت شدة كل منها الفوتون هو 1 - سيتم دائمًا قياس شدة الضوء بـ 2.5).
تعتمد شدة الفوتون الواحد على التردد، وبالنسبة لنا تعتمد على "لون" الفوتون.
لماذا لا نعرف هذا من حياتنا اليومية؟
في أغلب الأحيان، فإن عدد الفوتونات التي نتعرض لها يوميا هائل -وبالتالي لا نلاحظ هذا التجزؤ- كما أننا لا نشعر يوميا أن المادة مكونة من ذرات لأننا لا نستطيع رؤيتها بأعيننا عدد قليل من الذرات.
في التجارب المعملية من الممكن الحصول على أعداد منخفضة نسبيا من الفوتونات - ولكن في الأغلب (وأنا أقول لك هذا بناء على هذه المقالة وليس بناء على أي معرفة مسبقة) كانت طريقة إنتاجها من الغاز (أنا إن تخمين أنه من خلال تطبيق مجال كهربائي على الغاز والتسبب في إثارات ذرية أو أشياء من هذا القبيل، فإن هذا ليس مناسبًا في هذه المرحلة.
لقد تمكنوا الآن بطريقة ما من جعل المادة الصلبة تصدر فوتونين فقط، وربما يكون هذا مهمًا لجميع أنواع الأسباب التكنولوجية.
وأخيرا، تم تقديم عدد من الخيارات العملية للأشياء التي قد يكون الكشف عنها مفيدا:
الاستخدامات الطبية (الاستشعار عن بعد) - ربما لأن الضوء المنبعث بهذه الطريقة يتم التحكم فيه بشكل أكبر وبالتالي يمكن الحصول على معلومات أكثر دقة منه.
أجهزة الكمبيوتر الكمومية - هذا الموضوع معقد، ولكن الفكرة بشكل عام هي أنه عندما تنتقل إلى دقة الفوتونات الفردية (أو أي جسيمات صغيرة) - فإن العالم لا يتصرف كما نعرفه، من بين أمور أخرى، الجسيمات ليست موجودة حالات محددة من حيث جميع معلماتها الفيزيائية (ليس لديها، على سبيل المثال، زخم محدد وموقع محدد)، فمن الممكن الاستفادة من أوجه عدم اليقين هذه لتلبية الاحتياجات الحسابية ويتوقع المتنبئون النظريون أنه مع هذا، سيتم سيكون من الممكن بناء أجهزة كمبيوتر أقوى بشكل جوهري وليس فقط من الناحية النوعية من أجهزة الكمبيوتر الموجودة اليوم. المشكلة هي أن هناك صعوبة تكنولوجية في إنشاء مثل هذه الحواسيب، ويتوقع مؤلفو الدراسة أن أبحاثهم ربما تساعد في حل هذه الصعوبات التكنولوجية.
إلى جميع الناس، ابدأوا بالقراءة والتعلم.
هل يمكنني الحصول على تفسير شعبي؟
اقبل اقبل. والآن سنراكم تفعلون ذلك بثلاثة فوتونات.
أشتري وعيني مغلقة. عقبة أخرى من شأنها أن تقدم العلم.
انتظر انتظر يا عمي، سيستغرق الأمر بعض الوقت حتى يصبح قابلاً للتطبيق.
وعلى الأرجح كفني لن يتغير شيء التذاكر ستكون التذاكر.
الدوائر المطبوعة حيث تتواصل المكونات الإلكترونية باستخدام الضوء وليس الكهرباء، مسار بصري وليس مسار نحاسي، وهل سيكون هناك تأثير على طريقة إصلاح الأجهزة والمعدات أو تركيبها على المستوى الفني أم أنها أكثر على البحث والتطوير؟ مستوى؟