شنای خلاف جریان در رودخانه‌ای از نور: رفتار شگفت‌انگیز فوتون‌ها بدون… — @science_focus

@science_focus@science_focus · 0 subscribers Open in TelegramOpen

🔺 شنای خلاف جریان در رودخانه‌ای از نور: رفتار شگفت‌انگیز فوتون‌ها بدون داشتن پیشرانه

🔹 اگر برگی را درون رودخانه بیندازید، چاره‌ای جز حرکت همراه با جریان آب ندارد. طبق قوانین بنیادین فیزیک کلاسیک، برای حرکت در خلاف جهت جریان آب، به یک نیروی پیشران مانند باله ماهی، پارو یا موتور نیاز است. اما تیمی از فیزیکدانان در دانشگاه نانکای چین به تازگی پدیده‌ای باورنکردنی را ثبت کرده‌اند: باریکه‌ای از نور که درون یک «سیال نوری» بدون مصرف انرژی یا داشتن هرگونه پیشرانه، در جهت عکس جریان به بالا شنا می‌کند.

❕ سیال نوری و شناگر کوانتومی چیست؟
دانشمندان در این آزمایش فوتون‌ها را درون یک مایع واقعی نفرستادند، بلکه با تاباندن دو پرتو لیزر به درون یک بلور غیرخطی، بستری نوری ساختند که رفتاری دقیقاً مشابه یک سیال کوانتومی دارد. پرتو نخست که عریض‌تر بود، نقش جریان آب یک رودخانه متحرک را بازی می‌کرد و پرتو دوم که بسیار باریک‌تر و متمرکز بود، مانند یک «شناگر» منفعل درون این جریان فرستاده شد تا اثرات متقابل امواج بررسی شود.

🔹 در شرایط طبیعی، جریانِ رود نوری این شناگر را همراه خود به پایین‌دست می‌برد. اما پژوهشگران با طراحی ماهرانه‌ای میان این دو پرتو یک «برهم‌کنش غیرمتقابل» برقرار کردند؛ حالتی که در آن، اثرگذاری شناگر بر جریان محیط با اثرگذاری جریان بر شناگر یکسان نیست. این توزیع نامتعادل نور سبب شد نیرویی مؤثر در خلاف جهت جریان به شناگر وارد شود و در کمال شگفتی، پرتو باریک‌تر بدون هیچ محرک اولیه‌ای، شروع به شنا کردن در جهت عکس رودخانه نوری کرد.

❕ آیا قانون سوم نیوتون نقض شده است؟
خیر؛ قانون سوم نیوتون (عمل و عکس‌العمل مساوی در خلاف جهت هم) برای سیستم‌های مکانیکی منزوی و بسته همواره معتبر است. اما این آزمایش در یک سامانه «باز و غیرتعادلی» رخ می‌دهد. در سامانه‌های باز، محیط پیرامونی (بلور غیرخطی و میدان‌های تابشی پس‌زمینه) در تبادل تکانه شرکت می‌کنند. بنابراین نیروهای مؤثر میان اجزا می‌توانند رفتار نامتقارن نشان دهند، بدون آنکه اصل پایستگی کلی تکانه در فیزیک آسیب ببیند.

🔹 این پژوهش که در ژورنال معتبر Physical Review A منتشر شده، مفهوم جذاب «ماده فعال» را که عموماً در زیست‌شناسی (مانند رفتار باکتری‌ها) مشاهده می‌شد، به اپتیک کوانتومی وارد کرده است. توانایی جابجا کردن بسته‌های نوری در خلاف جهت جریان، امکانی شگفت‌انگیز برای مسیریابی داده‌ها بدون تولید گرما و ساخت ریزتراشه‌های پردازش کوانتومی و مخابرات نوری آینده فراهم خواهد کرد.

[منبع]
🆔 @Science_Focus
#فیزیک #اپتیک #فوتونیک #مکانیک_کوانتومی #امواج_نوری #کشف_علمی