به نقل از «باشگاه خبرنگاران»

عکسبرداری از یک فوتون؛ ۴۰۰ برابر بهتر از گذشته

تاریخ انتشار: ۱۸ تیر ۱۴۰۲ | کد خبر: ۳۸۱۷۳۹۳۳

پژوهشگران موسسه ملی استاندارد و فناوری در بولدر کلرادو، یک آشکارساز نانوسیم تک‌فوتونی ابررسانا (SNSPD) ساخته‌اند که می‌تواند تصاویری با وضوح ۴۰۰ هزار پیکسل بگیرد. وضوحی که برای گرفتن تصویر از یک فوتون کافی است.

فوتون‌ها واحد اصلی نور هستند و جرم و بار ندارند. حتی امواج مایکروویو، نور فروسرخ و پرتوی ایکس نیز از فوتون تشکیل شده‌اند.

بیشتر بخوانید: اخباری که در وبسایت منتشر نمی‌شوند!

تمام آنچه امروز در مورد کیهان می‌دانیم را مدیون فوتون‌هایی هستیم که با سرعت ۳۰۰ هزار کیلومتر در ثانیه در فضا حرکت می‌کنند و به ما می‌رسند.

فوتون‌ها همچنین نقش مهمی در نظریه نسبیت آلبرت اینشتین ایفا می‌کنند، زیرا بدون آنها، ما اهمیت سرعت نور را نمی‌دانیم یا درکی از برهم کنش زمان و مکان تعریف شده توسط آن نداریم. مطالعه فوتون‌ها، حوزه ذرات کوانتومی را به روی ما باز کرد و ما توانستیم انرژی را در مقیاس کوانتومی اندازه‌گیری کنیم.

فوتون

فوتون (Photon) یک ذره بنیادی است. فوتون یک کوانتوم یا به عبارتی کمترین مقدار قابل اندازه‌گیری در یک میدان الکترومغناطیسی مانند تابش الکترومغناطیسی (نور و امواج رادیویی) محسوب می‌شود و همچنین در نقش حامل نیرو برای نیروی الکترومغناطیس نیز عمل می‌کند. فوتون‌ها جرم بسیار کمی (غیر قابل اندازه‌گیری) دارند و اگرچه سرعت فوتون به محیط بستگی دارد، اما در محیط خلأ، همواره با سرعتی برابر با سرعت نور معادل ۳۰۰ میلیون متر بر ثانیه حرکت می‌کنند.

مانند همه ذرات بنیادی، مکانیک کوانتومی بهترین توضیح را در مورد فوتون‌ها ارائه می‌نماید؛ ذراتی که مانند الکترون‌ها از خود دوگانگی موج و ذره نشان می‌دهند، به طوری که دارای هر دو خاصیت موجی و ذره‌ای هستند.

مفهوم مدرن فوتون از پژوهش‌های آلبرت اینشتین در طول دو دهه ابتدایی قرن بیستم سرچشمه می‌گیرد، کسی که تحقیقات خود را بر پایه کار‌های ماکس پلانک بنا کرد. ماکس پلانک در تلاش برای توضیح اینکه چطور ماده و تابش الکترومغناطیس می‌توانند با یکدیگر در تعادل باشند، پیشنهاد کرد که انرژی ذخیره شده در اجسام مادی، متشکل از تعداد صحیحی از واحد‌هایی هم‌اندازه و مجزا از یکدیگر است. اینشتین پیشنهاد کرد که خودِ نور از واحد‌های مجزایی از انرژی تشکیل شده است. آزمایش‌های انجام شده، نظر اینشتین در مورد نور را تأیید کرد و در سال ۱۹۲۶، گیلبرت لوییس واژه فوتون را برای این واحد‌های انرژی ترویج کرد.

در مدل استاندارد در فیزیک ذرات، فوتون‌ها و سایر ذره‌های بنیادی به عنوان نتایج ضروری قوانین فیزیکی که دارای تقارن مشخص در هر نقطه از فضا-زمان هستند، توصیف می‌شوند. خواص ذاتی ذره‌هایی مانند بار الکتریکی، جرم و اسپین توسط نظریه پیمانه‌ای تعیین می‌شوند. مفهوم فوتون منجر به دستاورد‌های بسیار مهمی در فیزیک نظری و تجربی گردید که از لیزرها، چگالش بوز-اینشتین، نظریه میدان‌های کوانتومی و دامنه احتمال در مکانیک کوانتومی از جمله آن‌ها هستند. مفهوم فوتون همچنین در زمینه‌هایی مانند فتوشیمی، میکروسکوپ‌های دارای قدرت تفکیک بالا و اندازه‌گیری فواصل مولکولی استفاده شده است.

اخیراً فوتون‌ها به عنوان عناصر مورد استفاده در ساخت رایانه‌های کوانتومی، کاربرد در تصویربرداری نوری و مخابرات نوری مانند رمزنگاری کوانتومی مورد پژوهش قرار گرفته‌اند.

ثبت فوتون

دانشمندان برای بهبود بیشتر درک از نور در نظر دارند تا مدتی طولانی آن را ثبت و ضبط کنند. بیش از دو دهه پیش، پژوهشگران دانشگاه مسکو فناوری ثبت و ضبط فوتون را کشف کردند، اما موانع فنی مانع استفاده از این روش فراتر از آزمایشگاه‌های تحقیقاتی شد.

اکنون پژوهشگران موسسه ملی استاندارد‌ها و فناوری (NIST)، دپارتمان فیزیک دانشگاه کلرادو و آزمایشگاه پیشران جت در موسسه فناوری کالیفرنیا برای ساخت SNSPD که بزرگترین آرایه دوربین فوتونی است که تاکنون ساخته شده است، همکاری کرده‌اند.

این آرایه پیکسلی ۴۰۰ برابر بزرگتر از بزرگترین دوربین فوتونی پیشین است و می‌تواند نور را در فرکانس‌های مختلف از فروسرخ تا فرابنفش بگیرد و تصاویر را با سرعت‌های بالا به اندازه پیکوثانیه ثبت کند.

کاربرد‌های دوربین فوتونی

این فناوری را می‌توان در اکتشافات فضایی و جایی که پژوهشگران با چالش‌های شناسایی سیارات فراخورشیدی کوچکتر در برابر ستارگان غول پیکر روبرو هستند، به کار گرفت.

سارا استایگر، دانشجوی دکترا که با ابزار‌های عکاسی پرسرعت کار می‌کند، می‌گوید: سیارات می‌توانند یک میلیون بار کم‌نورتر از ستاره‌هایی باشند که به دور آن‌ها می‌چرخند و SNSPD می‌تواند در تشخیص آن نور کمی که از سیاره فراخورشیدی بیرون می‌آید و به طور بالقوه می‌تواند حیات را پشتیبانی کند، کمک کند.

دور از سیارات فراخورشیدی و اینجا روی زمین، SNSPD می‌تواند به مغز ما نیز نگاه کند و به ما کمک کند سیگنال‌های درون نورون‌هایمان را بدون ایجاد اختلال در بافت زنده مطالعه کنیم.

پژوهشگران روش‌های متعددی را برای نقشه‌برداری نوری مغز ایجاد کرده‌اند، اما پردازش سیگنال خروجی پیچیده است و ما تأثیر آن بر کیفیت سیگنال را کاملاً درک نکرده‌ایم.

اکنون این حسگر نانوسیمی امکانات بی‌شماری را برای تحقیقات بدون نگرانی فراهم می‌کند.

پژوهشگران برای دستیابی به دقت و سرعت عکاسی که SNSPD ارائه می‌کند، مجبور بودند بر مجموعه‌ای از مشکلات ناشی از نویز الکتریکی، سرعت بازخوانی و دمای محیط غلبه کنند.

آن‌ها در این مطالعه نوشتند: این آشکارساز‌ها در دما‌های بسیار پایین کار می‌کنند و حداقل نویز اضافی تولید می‌کنند که آن‌ها را برای آزمایش ماهیت واقعیت، بررسی ماده تاریک، نقشه‌برداری از کیهان اولیه و انجام محاسبات و ارتباطات کوانتومی ایده‌آل می‌سازد.

منبع: فیز

باشگاه خبرنگاران جوان علمی پزشکی فناوری

منبع: باشگاه خبرنگاران

کلیدواژه: دوربین فوتون اندازه گیری فوتون ها

درخواست حذف خبر:

«خبربان» یک خبرخوان هوشمند و خودکار است و این خبر را به‌طور اتوماتیک از وبسایت www.yjc.ir دریافت کرده‌است، لذا منبع این خبر، وبسایت «باشگاه خبرنگاران» بوده و سایت «خبربان» مسئولیتی در قبال محتوای آن ندارد. چنانچه درخواست حذف این خبر را دارید، کد ۳۸۱۷۳۹۳۳ را به همراه موضوع به شماره ۱۰۰۰۱۵۷۰ پیامک فرمایید. لطفاً در صورتی‌که در مورد این خبر، نظر یا سئوالی دارید، با منبع خبر (اینجا) ارتباط برقرار نمایید.

با استناد به ماده ۷۴ قانون تجارت الکترونیک مصوب ۱۳۸۲/۱۰/۱۷ مجلس شورای اسلامی و با عنایت به اینکه سایت «خبربان» مصداق بستر مبادلات الکترونیکی متنی، صوتی و تصویر است، مسئولیت نقض حقوق تصریح شده مولفان در قانون فوق از قبیل تکثیر، اجرا و توزیع و یا هر گونه محتوی خلاف قوانین کشور ایران بر عهده منبع خبر و کاربران است.

خبر بعدی:

اینترنت کوانتومی و فناوری دسترسی رادیویی باز در کشور توسعه می‌یابد

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا، سید محمد کرباسی، دبیر ستاد توسعه فناوری‌های اتصال پذیری و ارتباطات معاونت علمی، فناوری و اقتصاد دانش‌بنیان ریاست جمهوری اطلاع داد: درسال گذشته، این ستاد در بحث تبصره ۱۸، از ۱۱ طرح به مبلغ ۲۷.۵ میلیارد تومان و خارج از تبصره ۱۸، از ۱۴ طرح به مبلغ ۱۰ میلیارد تومان حمایت کرده است.  

وی در خصوص مأموریت‌های ستاد توسعه فناوری‌های اتصال‌پذیری توضیح داد: رصد فناوری و شناسایی زیست‌بوم، فرهنگ‌سازی و ترویج سواد فناوری، حمایت از نخبگان پژوهشگر و سرآمدان فناور، توسعه فناوری‌های اولویت‌دار و نوظهور و تجاری‌سازی و بازاریابی از جمله ماموریت‌هایی است که این ستاد در دستور کار خود دارد.

کرباسی، توسعه منابع انسانی، توسعه فرهنگ بومی‌سازی شبکه ملی اطلاعات، توسعه اتصال‌پذیری با اولویت هوشمندسازی صنایع و تقویت زیرساخت امنیت سایبری شبکه و صنعتی را از اهداف راهبردی این ستاد برشمرد.

وی ادامه داد: دانشگاهیان و پژوهشگران، هسته‌های فناور و شرکت‌های نوپا، صنایع، سازمان‌ها و نهاد‌های دولتی، عموم افراد جامعه از مخاطبان این ستاد محسوب می‌شوند.

کرباسی درباره فعالیت‌های این ستاد گفت: ستاد توسعه فناوری‌های اتصال پذیری و ارتباطات در سال گذشته اقدام به انتشار هفت فراخوان کرد که از آن جمله می‌توان به فراخوان حمایت از پایان‌نامه‌های دانشجویی، فراخوان پروژه‌های تحقیقاتی- طرح‌های پژوهشی و پسادکتری (بنیاد علم)، فراخوان حمایت از طرح‌های فناورانه (نوآفرین)، فراخوان حمایت از طرح‌های فناورانه در حوزه تجهیزات رادیویی، فراخوان مشترک با شرکت ایرانسل، فراخوان حمایت از طرح‌های فناورانه کرده است.

دبیر ستاد توسعه فناوری‌های اتصال پذیری و ارتباطات همچنین به پروژه‌های پرچم‌دار این ستاد در سال گذشته هم اشاره کرد و گفت: این پروژه‌های پرچم دار بر محصولات مورد نیاز گلوگاهی کشور تمرکز دارند و هدف از طرح این پروژه‌ها را حل مشکلات کشور در بحث فناوری  دانست.

وی در این راستا، پروژه اینترنت کوانتومی، فناوری دسترسی رادیویی باز (Open RAN) و  Fablab IOT و FSO را از جمله این پروژه‌های پرچم دار برشمرد.

کرباسی در خصوص حمایت‌های ستاد هم گفت: ستاد در بحث تبصره ۱۸، ۷۲ طرح دریافت و ۱۱ طرح را به مبلغ ۲۷/۵ میلیارد تومان مورد حمایت قرار داده و خارج از تبصره ۱۸، ۱۸ طرح دریافت  و ۱۴ طرح به مبلغ ۱۰ میلیارد تومان مورد حمایت قرار گرفته اند.

وی ادامه داد: در حوزه تجاری‌سازی و بازاریابی هم ستاد برنامه‌هایی را در دستور کار خود داشته است.

کرباسی، شرکت در گردهمایی شرکت‌های فناوری اطلاعات و نرم افزار‌های رایانه‌ای در مشهد، شرکت در رویداد ملی نکست و امضا ۱۳ تفاهم نامه و توافق نامه را از جمله اقدامات صورت گرفته در این راستا عنوان کرد.  

وی ادامه داد: همچنین، همکاری در تجهیز دو آزمایشگاه تخصصی در حوزه ۵G و IOT با همراه اول و شرکت ایرانسل از دیگر اقدامات این ستاد در سال ۱۴۰۲ است.

کرباسی اضافه کرد: حدود ۳۳ میلیارد تومان از محل بودجه ستاد به تفکیک ۱۱ درصد به فرهنگ سازی و ترویج سواد فناوری، ۲۱ درصد حمایت از نخبگان و ۶۸ درصد توسعه فناوری و همچنین  ۴۹ میلیارد تومان هم از نهاد‌های دیگر در قالب اعتبار مالیاتی و تفاهم‌نامه‌ها جذب شد که به تفکیک ۱ درصد به فرهنگ سازی و ترویج سواد فناوری، ۳۷ درصد به حمایت از نخبگان و ۶۲ درصد به توسعه فناوری اختصاص پیدا کرده است.

وی در ادامه از تشکیل کارگروه‌هایی همچون اینترنت اشیا و هوشمندسازی، ارتباطات نسل جدید، ماهواره و سنجش از راه دور و  امنیت سایبری به عنوان یکی از اقدامات این ستاد در سالی که گذشت یاد کرد.  

کرباسی درباره دیگر اقدامات این ستاد افزود: بازدید از شرکت‌های دانش‌بنیان و آزمایشگاه‌های تخصصی در راستای رصد، شناسایی و ترویج امید در حوزه فناوری‌های اتصال‌پذیری و ارتباطات از دیگر برنامه‌هایی است که دبیر ستاد توسعه فناوری‌های اتصال‌پذیری و ارتباطات از جمله این فعالیت‌ها است.

وی اضافه کرد: بازدید از آزمایشگاه تحقیقاتی و  مرکز نوآوری و شرکت‌های دانش‌بنیان مستقر در دانشگاه علم و صنعت، مجموعه‌های شتاب‌دهنده و شرکت‌های دانش‌بنیان شهر اصفهان، کارخانه نوآوری در خراسان رضوی و بررسی مسائل فناورانه بخش رادیویی نسل پنجم ارتباطی در نشستی با شرکت‌های دانش‌بنیان از جمله  دیگر اقدامات این ستاد است.

 کرباسی به فعالیت‌های نمایشگاهی این ستاد اشاره کرد و گفت: حضور ستاد در چهارمین رویداد هفته ایران دیجیتال، کنفرانس ظرفیت شبکه ملی اطلاعات ویژه توسعه هوشمندسازی، چهاردهمین نمایشگاه فناوری نانو ۱۴۰۲ و  بیست و چهارمین نمایشگاه بین‌المللی تلکام ۱۴۰۲ از دیگر فعالیت‌های نمایشگاهی ستاد توسعه فناوری‌های اتصال پذیری و ارتباطات است.

دبیر این ستاد درباره فعالیت‌های آموزشی و کارگاه‌ها ادامه داد: برگزاری سه دوره رویداد کاشتن برای آینده با عناوین «دنیای شگفت‌انگیز ارتباطات از ژرفای کوانتوم تا ماورای ماهواره‌ها»، «اتصال‌پذیری، ارتباطات و هوش مصنوعی» و «ایران هوشمند و متصل» و حمایت‌های مالی از نهاد‌ها و دانشجویان با موضوعاتی مانند اولین هکاتون  ۵G، دومین هکاتون همراه اول IOT، دوم هکاتون ۵G، برگزاری اولین دوره ASMMasters و مسابقه طراحی و ساخت ماهواره‌های مکعبی Qsat (کیوست) و برگزاری دو دوره آموزشی «امنیت سایبری» از جمله اقدامات آموزشی این ستاد است.

کرباسی در همین راستا اضافه کرد:همچنین، «آشنایی با فناوری‌های نوظهور و مشاغل آینده با عنوان اتصال‌پذیری و ارتباطات نسل جدید»  از دیگر رویداد‌ها و مسابقات و دوره‌های آموزشی  که این ستاد در سال گذشته به انجام رسانده است.

انتهای پیام/