شکستن مرز صدساله فیزیک؛ مهار کامل موج در یک رزوناتور ممکن شد!

دانشمندان کره‌ای با دستیابی به پدیده‌ای که مدت‌ها غیرممکن تلقی می‌شد، موفق شدند برای نخستین‌بار در یک سامانهٔ تک‌رزوناتور، حالتی از موج را محبوس کنند که به‌طور کامل در درون آن باقی بماند؛ بدون آنکه انرژی از آن نشت کند.

این دستاورد که در تاریخ ۳ آوریل ۲۰۲۵ در مجلهٔ معتبر Physical Review Letters منتشر شد، گامی بزرگ در حل معمای فیزیکی "حالت‌های مقید در پیوستار" (Bound States in the Continuum یا BIC) به شمار می‌آید؛ مفهومی که حدود یک قرن پیش مطرح شد، اما تاکنون تحقق آن در یک رزوناتور منفرد، غیرممکن تلقی می‌شد.

شکستن مرز صدساله در فیزیک موج

پژوهشگران دانشگاه علم و فناوری پوهانگ (POSTECH) و دانشگاه ملی جئونبوک در کره جنوبی، با طراحی یک بستر مکانیکی بسیار قابل تنظیم که از ذرات استوانه‌ای گرانولی تشکیل شده بود، موفق به مهار کامل موج مکانیکی در یک رزوناتور شدند. این ذرات، میله‌های کوچک و جامدی از جنس کوارتز بودند که با تنظیم دقیق نحوه تماس میان آنها، توانستند تعامل امواج مکانیکی در مرز‌های تماس را به‌طور دقیق کنترل کنند.

در شرایط خاصی از هم‌ترازی، یکی از مد‌های موجی به‌طور کامل در یک استوانه منفرد محبوس شد، بدون آنکه انرژی آن به بیرون نشت کند. این پدیده که به عنوان BIC حفاظت‌شده از طریق قطبش (Polarization-Protected BIC) شناخته می‌شود، نه‌تنها به‌طور نظری اثبات شد، بلکه در آزمایش‌های واقعی نیز به ثبت رسید.

کیفیت بی‌سابقه در نگهداری انرژی

این سیستم توانست به فاکتور کیفیتی (Q-factor) بیش از ۱۰۰۰ دست یابد؛ عددی که نشان‌دهنده توانایی بالای سیستم در ذخیره انرژی بدون اتلاف آن است. در فناوری‌های موجی مانند تلفن‌های همراه، سیستم‌های رادیویی و تصویربرداری فراصوت، رزوناتور‌ها معمولاً بخشی از انرژی را از دست می‌دهند و نیازمند تأمین مداوم انرژی هستند. اما این دستاورد جدید می‌تواند به ساخت سیستم‌هایی با بهره‌وری بسیار بالا منجر شود.

پدیدهٔ "نوار مقید در پیوستار"

به گزارش ساینس دیلی، پژوهشگران همچنین دریافتند که در صورت اتصال چندین استوانهٔ خاص به یکدیگر، این مد‌های محبوس‌شده می‌توانند در سراسر زنجیره بدون آنکه منتشر شوند، امتداد یابند. این پدیده که با عنوان نوار مقید در پیوستار (Bound Band in the Continuum یا BBIC) شناخته می‌شود، مشابه آن است که گویی سنگی درون آب راکدی انداخته شود و امواج ایجادشده، به جای انتشار، فقط در همان نقطه به نوسان درآیند.

یئونگ‌ته جانگ، نویسندهٔ اصلی این پژوهش، در این خصوص گفت: «این حالت مانند پرتاب سنگ به داخل برکه‌ای آرام است، با این تفاوت که امواج به اطراف پخش نمی‌شوند، بلکه در همان نقطه می‌مانند و به نوسان ادامه می‌دهند.»

افق‌های نوین در فناوری‌های آینده

جون‌سوک رو، رهبر این گروه پژوهشی، درباره اهمیت این دستاورد گفت: «ما یک مرز نظری دیرینه را در فیزیک شکستیم. هرچند این یافته هنوز در مرحله پژوهش‌های بنیادی است، اما می‌تواند افق‌های تازه‌ای برای طراحی دستگاه‌های کم‌اتلاف، حسگر‌های بسیار حساس، و فناوری‌های نوین ارتباطی بگشاید.»

این کشف می‌تواند مسیر توسعه نسل جدیدی از تجهیزات انرژی‌بردار، سیستم‌های تشخیص و حسگری بسیار دقیق، و همچنین سامانه‌های مخابراتی بسیار کارآمد را هموار کند.

انتهای پیام/