تغطية شاملة

جرعات منتظمة من الحرارة

هل تنقل الجسيمات المحاكية الطاقة بجرعات ثابتة، كما تفعل الجسيمات الحرة الحقيقية مثل الإلكترون؟

من اليمين إلى اليسار: أمير روزنبلات، د.ميتالي بانيرجي، د.ديانا ميلو، بروفيسور عدي شتيرن، د.فلاديمير أومانسكي، بروفيسور يوفال أورج، بروفيسور موتي هيبلوم المصدر: مجلة معهد وايزمان.
من اليمين إلى اليسار: أمير روزنبلات، د. ميتالي بانيرجي، د. ديانا محلو، بروفيسور عدي شتيرن، د. فلاديمير أومانسكي، بروفيسور يوفال أورج، بروفيسور موتي هيبلوم. المصدر: مجلة معهد وايزمان.

وبعد منتصف الليل بقليل رن هاتف منزله البروفيسور مردخاي (موتي) هايبلوممن قسم فيزياء المواد المكثفة في معهد وايزمان للعلوم. وكان على الخط باحث ما بعد الدكتوراه الدكتور ميثالي بانيرجي. قالت: "إنها تعمل". وهكذا جاءت لحظة الذروة في جهد بحثي استمر حوالي عامين، وخلالهما، وفقًا لشهادة الدكتور بانيرجي، "عمل موتي ليالٍ كاملة في المختبر، مثل طالب دكتوراه شاب". وبهذه الطريقة تمكن الباحثون من إثبات أن الجسيمات المحاكية (أشباه الجسيمات)، التي تحمل شحنات كهربائية جزئية (جزء من شحنة الإلكترون)، أو حتى الجسيمات غير المشحونة، تحمل معها نفس كمية الحرارة (الطاقة) الحقيقية الجسيمات مثل الإلكترونات والفوتونات.

يعتمد هذا البحث على سلسلة من الاكتشافات السابقة للبروفيسور هيبلوم وشركائه في البحث. في البداية، تمكن العلماء من إثبات -من خلال التجربة- تنبؤًا نظريًا مدهشًا (وهو ما ساهم في فوز واضع النظرية لاحقًا بجائزة نوبل). ووفقا لهذه النظرية، في نظام تأثير هول الكمي الجزئي، يتم إنشاء نوع من الهياكل (أو مجموعات) من الإلكترونات في التيار الكهربائي تعمل بمثابة "جسيمات افتراضية"، يحمل كل منها شحنة كهربائية أصغر من " "الشحنة الأساسية" لإلكترون واحد: ثلث شحنة الإلكترون، أو خمسها أو سبعها (في الواقع، تعمل الجسيمات "الخيالية" كجسيمات حقيقية لكل شيء). وفي تجارب أخرى، تمكن العلماء من إثبات أنه في هذا النظام - من تأثير هول الكمي الجزئي - توجد أيضًا جسيمات أخرى تمت محاكاتها، وشحنتها الكهربائية تساوي ربع شحنة الإلكترون (أي أنها لها طاقة حتى القاسم). ثم وضعت سلسلة أخرى من التجارب بين أيديهم إثبات النظرية، التي كشفت أنه في نفس النظام قد توجد أيضًا جسيمات محاكاة مختلفة تمامًا، لا تحمل شحنة كهربائية (أي أنها محايدة)، والتي تحمل الطاقة - وتتحرك عادة في الاتجاه المعاكس لاتجاه التيار الكهربائي.

الميزة الأكثر لفتًا للانتباه في تأثير هول الكمي (ومشتقه، تأثير هول الكمي الجزئي)، هي دقته المثالية تقريبًا. أي أن موصليته الكهربائية تقاس بجرعات دقيقة (تحددها شحنة الإلكترون وثابت بلانك فقط). يصل الانحراف عن هذه الجرعات أحيانًا إلى جزء من المليار فقط. ولكن هل هذه الميزة - ظهور التوصيل الكهربائي في أجزاء منتظمة ودقيقة - تميز أيضًا التوصيل الحراري في النظام؟

وكان على الخط باحث ما بعد الدكتوراه الدكتور ميثالي بانيرجي. قالت: "إنها تعمل". وهكذا جاءت لحظة الذروة في جهد بحثي استمر نحو عامين، وخلالهما، بحسب شهادة الدكتور بانيرجي، "عمل موتي ليالٍ كاملة في المختبر، مثل طالب دكتوراه شاب".

وفقا لنظرية تم طرحها منذ حوالي 20 عاما، فإن الجسيمات الحرة، مثل الإلكترونات أو الفوتونات أو الفونونات، التي تتحرك دون تصادمات، تقوم بتوصيل (أو نقل) الحرارة بنفس الكمية وب"جرعات" ثابتة. البروفيسور هيبلوم وأعضاء مجموعته البحثية بالتعاون مع المنظرين البروفيسور يوفال أورغ وأراد البروفيسور آدي ستيرن من معهد وايزمان للعلوم، والبروفيسور فلاديمير (ديما) فيلدمان من جامعة براون في الولايات المتحدة، اختبار هذه النظرية، والتحقق مما إذا كانت الحرارة المنقولة في النظام عن طريق محاكاة الجسيمات الهشة أو المحايدة صحيحة. في الواقع تظهر أيضًا بجرعات مقاسة بدقة؛ وقبل كل شيء، تحقق مما إذا كان لا يعتمد على الإطلاق على الشحنة الكهربائية للجسيمات التي تحمله.

وأظهر العلماء ومن بينهم علماء هيئة التدريس الدكتور فلاديمير أومانسكي والدكتورة ديانا ماهلو، والطالب الباحث أمير روزنبلات، أن الحرارة تنتقل بالفعل بكميات دقيقة، والتي تعتمد فقط على الكميات العالمية مثل ثابت بولتزمان وثابت بلانك والقيمة الرياضية. "باي". علاوة على ذلك: في بعض الأحيان، بينما يتحرك التيار الكهربائي - وينقل الحرارة أيضًا - في اتجاه معين، تتحرك الجسيمات المحاكية بدون شحنة - وتحمل الحرارة - في الاتجاه المعاكس. كما تم قياسه، في بعض الحالات الكمومية، تكون كمية الحرارة التي يحملها الأخير أكبر من كمية الحرارة التي يحملها التيار الكهربائي، وبالتالي، "خلاصة القول"، لا يتم نقل الحرارة في اتجاه التيار الكهربائي، ولكن في الاتجاه المعاكس. وهذه الظاهرة الكمومية مخالفة للمفهوم المعروف في الفيزياء الكلاسيكية.

إن فهم الطريقة التي يتم بها نقل الحرارة، وقياس التوصيل الحراري الكمي، يضيف معلومات مهمة حول الحالة الكمومية للنظام، والتي كان من المستحيل الحصول عليها حتى الآن بالوسائل الأخرى المتاحة للعلماء. وتفتح هذه النتيجة احتمالات كثيرة لتجارب مستقبلية قد توسع المعرفة في هذا المجال.

تعليقات 8

  1. حقيقة أن التوصيل الكهربائي والتوصيل الحراري يرتبطان بشكل أساسي بالتوصيل الحراري للجسيمات المشحونة لا يعني أن الجسيمات المحايدة لا يمكنها نقل الحرارة.

  2. ليف دافيدوفيتز لانداو. وسلم الشعلة إلى عالم عظيم آخر، وهو تلميذه: يفغيني مايكلوفيتش ليفشيتز. Landau Lifshitz وPityevsky مسؤولان عن السلسلة القديمة ولكن الجميلة جدًا في الفيزياء - حوالي 10 مجلدات في الفيزياء، التي نشرتها بيرغامون.
    ولم تستمر هذه السلسلة بعد انهيار الاتحاد السوفييتي، فتصل إلى الديناميكا الكهربائية الكمية. كانت هناك أيام كان فيها العلم في روسيا هو الذي يملي الاتجاه العالمي. بالمناسبة، العصر الذهبي الذي قاده الشيوعيون. واليوم يتولى الغرب تحديد النغمة في فيزياء المادة المكثفة، ويلاحقه الهنود والصينيون.

  3. إن استخدام الفيزياء المجهرية - أجهزة النانومتر، لمراقبة التأثيرات الكمومية، والانتقال الكمي إلى الكلاسيكي أمر مثير للإعجاب. في الماضي، تم تطوير نظرية سائل فيرمي - وهي مزيج من نظرية الكم مع نظام متعدد الجسيمات - لوصف سائل الهيدروجين الفائق الذي تم استخدامه لتبريد المفاعلات النووية. كان البروفيسور كابيتزا هو قائد المشروع، وقد أنقذ لانداو عام 1938، بعد أن تجرأ على التعبير عن أي آراء ضد الحكومة السوفيتية (أغنية في القوافي) وكان يهوديًا أيضًا. كان ستالين معاديًا للسامية. اليوم، تعتبر نظرية موائع فيرمي، والتي تسمى عمومًا بفيزياء المادة المكثفة، أداة ضرورية لإجراء العمليات الحسابية في الأجهزة النانومترية. حصل لانداو على جائزة نوبل عام 1962 لتطويره نظرية ضخمة، تزدهر اليوم والتي لا تقل مساهمتها عن النسبية العامة ونظرية الأوتار. و3 جوائز ستالين. نفس ستالين الذي أراد أن يضعه في المعسكر. في النهاية، تعرض لانداو لحادث سيارة خطير ولم يعد أبدًا إلى قدراته السابقة.

  4. ميتالي بانيرجي هي باحثة هندية أصلها من بنغالور بالهند وتقوم بدراسة ما بعد الدكتوراه في إسرائيل.
    هناك طلاب ما بعد الدكتوراه من الصناعة في إسرائيل. في رأيي، كان ينبغي شحذها قليلا. ولا يمكن أن نفهم من المقال أن ميتال بانيرجي ليس إسرائيليا الذي تحدث إلى موتي هايبلوم باللغة العربية بالعبرية، بل هندي ميتالي بانيرجي الذي ربما تحدث معه باللغة الإنجليزية. ربما أرادوا الحفاظ على الاكتشاف الإسرائيلي.

  5. السيرة الذاتية للبروفيسور هايبلوم كما وردت في ويكيبيديا مثيرة للإعجاب. عندما كنت طالب دراسات عليا في التخنيون عام 1998، كان مشهورًا بالفعل.

  6. ما ورد أعلاه هو رأيي فقط:
    إن أشباه الجسيمات التي صاغها ليب دافيدوفيتز لانداو لأول مرة لنظرية موائع فيرمي قد لا تكون جسيمات افتراضية تمامًا بمعنى أنها غير موجودة. على الرغم من أنه موجود بالفعل في كتاب ليبشيتز المدرسي بعنوان "الفيزياء الإحصائية المجلد الثاني"، فإنه يذكر أنها افتراضية. من المحتمل أن تكون هناك جسيمات - حاملات شحن/تدور فعلية. 2 إلكترونات في زوج يخلق شبه جسيم جديد، مع دوران جديد هم أيضا جسيمات، ويطلق عليهم شبه جسيم بمعنى أنه لا يمكن ربط إلكترون ونسميه يوسي، ونقول أ يوسي عند مستوى الطاقة الحركية m,n. وتوضح التجربة أن هناك جسيمًا عند هذا المستوى، إلا أنه كمي، كما أن "الجسيمات الحاملة للطاقة" هي كمومية أيضًا. فوتونات المجال الكهرومغناطيسي، وفونونات الاهتزازات الشبكية. كل شيء موجود في أجزاء: الطاقة، والزخم، وحرارة التوصيل، والاهتزازات الشبكية في المادة يتم قياسها أيضًا. الجسيمات الحاملة للشحنة.
    لقد أثبت بلانك بالفعل أنه لكي تكون صيغة إشعاع الجسم الأسود صحيحة، يجب أن تكون مترافقة. الفرق إذا
    هذه هي الطريقة التي أعتقد أنهم قادرون من خلالها على رؤية كم من الحرارة، وجسيم ذو دوران كسري، لأنهم ربما يتعاملون مع ما يعرف بالهياكل الكمومية - الصناديق التي يتم قياس أبعادها الكمية في محورين على الأقل إن لم يكن ثلاثة.

  7. الأشخاص الموجودون في الصورة ترتيبهم عكسي. موتي هايبلوم على اليمين.
    وكما يحدث، فإن الاكتشاف سيذهب بشكل رئيسي إلى رئيس الفريق. وهذا ما فعلته ابنتها مع تلميذته عندما أثبت أدلة على الانفجار الكبير من خلال حساب معدلات العناصر في الكون. ربما سيعطونها منصبًا في الأكاديمية - حظًا سعيدًا.

  8. عندي فرضية وهي:
    نقل الطاقة عن طريق الجسيمات المحاكاة، هنا هو التعبير
    الكم المجهري للظاهرة العيانية للمقاومة الكهربائية.
    لذلك، من الممكن الآن إجراء التجربة للتحقق مما إذا كان توصيل الطاقة للجسيمات المحاكية موجودًا أيضًا في الموصلات الفائقة، التي ليس لها مقاومة كهربائية.

ترك الرد

لن يتم نشر البريد الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها *

يستخدم هذا الموقع Akismat لمنع الرسائل غير المرغوب فيها. انقر هنا لمعرفة كيفية معالجة بيانات الرد الخاصة بك.