ΕΝΑ ΤΑΞΙΔΙ ΣΤΙΣ ΤΕΛΕΥΤΑΙΕΣ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΕΣ ΕΞΕΛΙΞΕΙΣ ΚΑΙ ΣΤΙΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥΣ

¨...Η θέση και η ταχύτητα ενός μικροσκοπικού σωματιδίου δεν μπορεί να είναι ταυτόχρονα γνωστές με απόλυτη ακρίβεια....Όμως το πραγματικό περιεχόμενο της αρχής της αβεβαιότητας αναδεικνύεται αν την εφαρμόσουμε σε ένα σωματίδιο παγιδευμένο σε μια μικροσκοπική περιοχή, οπότε η θέση του είναι γνωστή με περιθώριο λάθους, δηλαδή απροσδιοριστία, όση και η διάσταση της φυλακής του. Εφόσον η απροσδιοριστία στη θέση του θα είναι πολύ μικρή, η απροσδιοριστία στην ταχύτητά του θα είναι πολύ μεγάλη, οπότε και η ταχύτητά του η ίδια θα είναι μεγάλη κατά μέσο όρο. Οδηγούμαστε έτσι στο εξής εντυπωσιακό- και πολύ βαθύ - συμπέρασμα: όσο πιο μικροσκοπική είναι η φυλακή στην οποία είναι κλεισμένο ένα σωματίδιο, τόσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητά του κατά μέσο όρο, άρα τόσο μεγαλύτερη και η κινητική ενέργεια που υποχρεούται να έχει... Η πιο μικροσκοπική φυλακή που υπάρχει στη φύση είναι ο ατομικός πυρήνας. Τι περιμένουμε λοιπόν να κάνουν οι έγκλειστοί του, δηλαδή τα πρωτόνια και τα νετρόνια που βρίσκονται στο εσωτερικό του; Σύμφωνα με τα παραπάνω, θα έχουν τεράστιες κινητικές ενέργειες ακριβώς επειδή είναι παγιδευμένα σε μια τόσο μικροσκοπική περιοχή. Ο πυρήνας είναι γίγαντας ενέργειας ακριβώς επειδή είναι νάνος μεγέθους...¨
¨ Το φάντασμα της όπερας¨, Στέφανος Τραχανάς, καθηγητής Φυσικού Τμήματος Παν. Κρήτης
Αφιέρωμα στην αρχή της απροσδιοριστίας ή αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg η οποία ανακαλύφθηκε το 1927 και ...κρύβεται πίσω από όλες τις βασικές φυσικές προυποθέσεις που επιτρέπουν στο σύμπαν να φτάσει έως την αυτογνωσία!

Δευτέρα 14 Νοεμβρίου 2011

Τα πυρηνικά θα αντικαταστήσουν τα ατομικά ρολόγια


Τα ατομικά ρολόγια είναι η βάση των συσκευών GPS, καθορίζουν την επίσημη διάρκεια του δευτερολέπτου και πρόσφατα έπαιξαν ρόλο στην παρακολούθηση υποατομικών σωματίδια, που φαινομενικά ταξιδεύουν γρηγορότερα και από το φως. Τώρα αυτό το "απόλυτο" χρονόμετρο έχει ένα αντίπαλο: μια νέα μέθοδος για την κατασκευή πυρηνικών ρολογιών προτείνει ότι τέτοιες συσκευές θα μπορούσαν να έχουν 60 φορές μεγαλύτερη  ακρίβεια από όσο οι ατομικοί τους αντίπαλοι. Βεβαίως, δεν έχει φτιαχτεί ακόμη κανένα πυρηνικό ρολόι, αλλά η ιδέα αυτή βασίζεται στο να χρησιμοποιήσουμε τον πυρήνα σαν ένα διαπασών. Ένας πυρήνας θα μεταβεί σε μια υψηλότερη ενεργειακή κατάσταση, μετά θα γυρίσει πίσω, και πάλι θα κάνει ένα άλμα, μόνο αν χτυπηθεί με μία πολύ συγκεκριμένη συχνότητα του φωτός. Ο συντονισμός με τη βοήθεια ενός λέιζερ, γίνεται έτσι ώστε να ζητούμε αυτά τα άλματα να έχουν τη συχνότητα των μεταβάσεων να γίνεται με ένα φαινομενικό επίπεδο ακρίβειας. Η συχνότητα δε αυτή μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν το τικ ενός ρολογιού για να μετρηθεί ο χρόνος ...

Μια παρόμοια μέθοδος χρησιμοποιείται σε ατομικά ρολόγια, εκτός του ότι τα ηλεκτρόνια που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από τον πυρήνα, είναι αυτά που κάνουν το ενεργειακό άλμα. Τα μεγαλύτερης ακριβείας ατομικά ρολόγια χάνουν μόλις 4 δευτερόλεπτα από την εποχή της Μεγάλης Έκρηξης. Κατ αρχήν, ένα πυρηνικό ρολόι θα μπορούσε να συνθλίψει το ρεκόρ αυτό. Τα περιβάλλοντα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία οπωσδήποτε επηρεάζουν τα ηλεκτρόνια στα ατομικά ρολόγια, προκαλώντας έτσι λάθη, αλλά θα επηρεάσουν πολύ λιγότερο τα μικροσκοπικά σωματίδια μέσα στον πυρήνα .
Ενώ τα πυρηνικά ρολόγια κατασκευάζονται από άτομα θορίου, τα οποία μπορούν να διεγερθούν με σχετικά χαμηλής ενέργειας υπεριώδες φως, όπως προτάθηκε το 2003 για πρώτη φορά, δεν ήταν σαφές το αν θα έχουν καλύτερη ακρίβεια  από ότι τα ατομικά ρολόγια. Η ακριβής συχνότητα που απαιτείται για να διεγείρει έναν πυρήνα εξαρτάται από τη διαμόρφωση των ηλεκτρονίων που είναι σε τροχιά γύρω του, η οποία μπορεί να ποικίλλει, με την εισαγωγή κάποιας αβεβαιότητας.
Τώρα όμως ο Corey Campbell στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο στην Ατλάντα και οι συνεργάτες του έχουν επινοήσει ένα σύστημα που χρησιμοποιεί λέιζερ για να ελέγχουν προσεκτικά το χωρικό προσανατολισμό των τροχιών των ηλεκτρονίων στα άτομα. Ένα τέτοιο ρολόι ιόντων θορίου που ελέγχεται με αυτό τον τρόπο θα χάνει μόλις 1 δευτερόλεπτο στα 200 δισεκατομμύρια χρόνια, όπως υποστηρίζει η ομάδα – ή κάτι περισσότερο από 14 φορές την ηλικία του σύμπαντος.
Πριν γίνουν πραγματικότητα τα πυρηνικά ρολόγια , οι ερευνητές πρέπει να εντοπίσουν την ακριβή συχνότητα του φωτός που απαιτείται για να διεγείρει τους πυρήνες του θορίου.
www.physics4u.gr