ساخت دوربینی مخصوص که جزییات درونی دنیای هلیوم-۳ را نشان می‌دهد

گروهی از فیزیکدانان دانشگاه لنکستر در انگلیس دوربینی ساختند که از آن برای عکسبرداری از سایه نمونه هلیوم-۳ استفاده می‌شود.

کد خبر: ۴۴۷۴۴۳

تاریخ: ۱۴ خرداد ۱۴۰۱ - ۱۰:۱۵

به گزارش گروه علم و آموزش ایران اکونومیست از پایگاه خبری فیزیک (phys.org) در انگلیس، این فیزیکدانان در مقاله‌ ای که در مجلۀ فیزیکال ریویوبی چاپ شد، روش استفاده از این دوربین و استفاده‌های ممکن از عکس‌های گرفته‌شده توسط آن را توضیح دادند.

هلیوم-۳ یکی از ایزوتوپ‌های غیر پرتوزای عنصر گازی هلیوم بوده که دارای ۲ پروتون و یک نوترون است. از این ماده به عنوان سوخت در تحقیقات مربوط به رآکتورهای همجوشی هسته ای استفاده می‌شود. این عنصر یکی از ایزوتوپ‌های پایدار هلیوم است.

فیزیکدانان علاقۀ ویژه‌ای به هلیوم-۳ دارند زیرا ساختار درونی جالبی دارد که برخی آن را «جهانی در یک قطره» توصیف می‌کنند. یکی از ویژگی‌های هلیوم- ۳ این است که هنگامی در دمای فوق‌العاده پایین یخ می‌زند، تبدیل به فوق سیال می‌شود.

در بخشی  از تحقیقات، فیزیکدانان به روش‌هایی برای یافتن هلیوم-۳ رسیده‌اند. در این روش‌ها آنها از پروب‌های مخصوص (یکی از اجزای وسایل تصویربرداری) استفاده می‌کنند که میدان مغناطیسی ضعیف هلیوم- ۳ را  تشخیص می‌دهد.

فیزیکدان ها برای رسیدن به این هدف، مواد را از وسط نمونه‌های هلیوم-۳ عبور می‌دهند و تأثیر آنها را اندازه‌گیری می‌کنند. آنان همچنین کشف کردند که این امکان وجود دارد که برخی از ویژگی‌های آن‌ را با استفاده از میکروفن‌های مخصوص بشنوند.

پژوهشگران در این تحقیقات جدید راهی یافتند که هلیوم- ۳ را با سیستم خاصی که مجهز به دوربین است در پیش چشم نمودار کنند.

سیستم مجهز به دوربین متشکل از سه بخش اصلی است که در یک نمونۀ هلیوم-۳ معلق است. اولین قسمت سیستم، یک جعبۀ بسته بود که به‌عنوان منبع شبه ذرات از آن استفاده می‌شد. در این قسمت وسیله‌ای وجود داشت که جفت کوپر (در فیزیک ماده چگال، یک زوج کوپر یا زوج BCS شامل یک جفت الکترون یا فرمیون‌های دیگر است) را می‌شکست و به شبه ذرات تبدیل می‌کرد.

شبه ذرات از یک سوراخ کوچک که در انتهای جعبه قرار داشت، خارج می‌شدند به دلیل تفاوت دمایی، شبه ذرات به طور مستقیم به خارج از جعبه روان و به قسمت دوم سیستم وارد می‌شدند.

قسمت دوم، شامل حلقۀ سیم در حال لرزش بود که ورتکس‌های پرتوهای هلیوم-۳ (ورتکس: توده مایع یا جرم که با حرکات دورانی می چرخد و در مرکز دایره حفره یا خلا ایجاد می کند) را میان منبع تولید می‌کرد. قسمت سوم سیستم، دوربین بود که یک آرایه ۵×۵ چنگال های مرتعش (دیاپازون کوارتز) بود.

برای ایجاد یک تصویر، شبه‌ذرات از منبع به سوی ورتکس‌ها شلیک شدند. این شبه‌ذرات که به ورتکس نزدیک شدند، به شکل حفره‌هایی به سوی منبع منعکس شدند. شبه ذراتی که به اندازۀ کافی به ورتکس نزدیک نشدند به سمت دوربین رفتند. نتیجۀ نهایی سایه ورتکس تنگل (درهم تنیده vortex tangle) بود که به‌وسیلۀ آرایه دوربین گرفته شد.