นาฬิกาออปติคัลถูกใช้เพื่อกำหนดข้อจำกัดใหม่เกี่ยวกับทฤษฎีสสารมืดที่เสนอ นักวิจัยรวมถึงJun Yeที่ JILA แห่งมหาวิทยาลัยโคโลราโด โบลเดอร์และAndrei Dereviankoแห่งมหาวิทยาลัยเนวาดา เมืองรีโน ได้สำรวจว่าการมีเพศสัมพันธ์ระหว่างสสารปกติกับอนุภาคสสารมืด “เบามาก” สามารถตรวจจับได้อย่างไรโดยใช้นาฬิการ่วมกับอุลตร้า- ช่องแสงที่เสถียร
ด้วยการอัพเกรดประสิทธิภาพของนาฬิกาออปติคัลในอนาคต
วิธีการของพวกเขาอาจกลายเป็นเครื่องมือสำคัญในการค้นหาสสารมืดแม้ว่าดูเหมือนว่าจะมีสัดส่วนประมาณ 85% ของสสารในจักรวาล แต่นักฟิสิกส์รู้เรื่องสสารมืดน้อยมาก งานเชิงทฤษฎีและการทดลองส่วนใหญ่จนถึงตอนนี้มุ่งเน้นไปที่อนุภาคสสารมืดที่สมมติขึ้น ซึ่งรวมถึง WIMPS และ axion ซึ่งมีมวลค่อนข้างมาก อีกทางหนึ่ง นักฟิสิกส์บางคนเสนอให้มีอนุภาคสสารมืด “เบามาก” ที่มีมวลน้อยมากซึ่งครอบคลุมหลายขนาด (10 -16 –10 −21 eV/c 2 )
ตามกฎของกลศาสตร์ควอนตัม อนุภาคที่เล็กที่สุดเหล่านี้จะมีความยาวคลื่นมาก เทียบได้กับขนาดของกาแลคซีแคระทั้งหมด ซึ่งหมายความว่าพวกมันจะมีพฤติกรรมเหมือนสนามคลาสสิกบนตาชั่งที่เราสามารถวัดได้อย่างง่ายดาย
ระดับพลังงานปรมาณูหากสนามเหล่านี้ประกอบกับสสารปกติ อนุภาคที่เบามากเหล่านี้จะทำให้เกิดการสั่นในค่าของค่าคงที่ทางกายภาพพื้นฐาน ซึ่งรวมถึงมวลของอิเล็กตรอนและค่าคงที่ของโครงสร้างละเอียด ซึ่งกำหนดความแรงของปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างอนุภาคที่มีประจุ ค่าคงที่ทั้งสองมีผลต่อระดับพลังงานของอะตอม ซึ่งใช้ในการทำงานของนาฬิกาอะตอม ดังนั้น การแปรผันเล็กน้อยในค่าคงที่พื้นฐานเหล่านี้จะส่งผลต่อการจับเวลาของนาฬิกาอะตอม
นาฬิกาอะตอมสามารถตรวจจับสนามมวลต่ำแปลกปลอม
จากการรวมหลุมดำในการศึกษาของพวกเขา Ye และเพื่อนร่วมงานได้วัดอัตราส่วนระหว่างสัญญาณเวลาที่ผลิตโดยนาฬิกาตาข่ายแสงสตรอนเทียม (นาฬิกาอะตอมชนิดหนึ่ง) และช่องแสงเรโซแนนซ์ที่ทำจากซิลิกอน อัตราส่วนนี้ควรมีความอ่อนไหวอย่างยิ่งต่อผลกระทบของอนุภาคสสารมืดที่เบามาก พวกเขายังเปรียบเทียบความถี่ของช่องซิลิกอนกับความถี่ของไฮโดรเจน maser ซึ่งเป็นอุปกรณ์ไมโครเวฟที่ใช้เป็นมาตรฐานความถี่ที่แม่นยำมากและเคยใช้ในการค้นหาสสารมืดก่อนหน้านี้
ตามที่คาดไว้ maser เป็นอุปกรณ์ที่มีเสียงดังที่สุด และทีมงานได้ข้อสรุปว่านาฬิกาแบบออปติคอลและช่องซิลิกอนเหมาะที่สุดสำหรับการค้นหาสสารมืด อันที่จริง พวกเขาได้กำหนดข้อจำกัดใหม่เกี่ยวกับมวลของอนุภาคที่เบามาก ซึ่งพวกเขาหวังว่าจะดีขึ้นเมื่อนาฬิกาออปติคัลดีขึ้น ด้วยการดัดแปลงที่เหมาะสม เครื่องตรวจจับสามารถรวมเข้ากับดาวเทียมได้ ทำให้เกิดกล้องโทรทรรศน์ระดับโลกตัวแรกสำหรับสสารมืด
นักวิจัยที่นำโดยQing HuและZbig Wasilewskiได้เอาชนะอุปสรรคนี้บางส่วนด้วยการพัฒนา QCL ที่ผลิตแสงในบริเวณ THz โดยมีการระบายความร้อนเพียงเล็กน้อย ที่ 250 K อุณหภูมิการทำงานสูงสุดของเลเซอร์ใหม่นั้นสูงกว่าค่าสูงสุดก่อนหน้าที่ 210 K อย่างมีนัยสำคัญซึ่ง กลุ่มของ Jérome Faistที่ ETH Zurich ในสวิตเซอร์แลนด์ทำได้ในปี 2019 ซึ่งเป็นสถิติที่สูงกว่าสถิติในปี 2012 ที่ 200 K มาก
เลเซอร์น้ำตกควอนตัมลักษณะที่ไวต่ออุณหภูมิของ QCL
นั้นเกิดจากวิธีการสร้าง แตกต่างจากเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์มาตรฐานซึ่งสร้างโฟตอนเมื่ออิเล็กตรอนและรูรวมกันภายในวัสดุที่มีช่องว่างแถบพลังงานอิเล็กทรอนิกส์ที่กำหนด QCL ประกอบด้วยหลุมควอนตัมที่ออกแบบเฉพาะและอุปสรรคที่ทำจากเซมิคอนดักเตอร์บางชั้นหลายพันชั้น อิเล็กตรอนแต่ละตัวที่เดินทางผ่านอุปกรณ์ “ลดหลั่น” ผ่านชุดหรือ “บันได” ของหลุมควอนตัม (QWs) เหล่านี้ขณะที่ผ่านชั้นเซมิคอนดักเตอร์ ในกระบวนการนี้ อิเล็กตรอนจะปล่อยโฟตอนหลายตัวที่ความถี่ที่กำหนดโดยโครงสร้างของชั้น
ที่อุณหภูมิสูงขึ้น อิเล็กตรอนมักจะ “รั่ว” เหนือสิ่งกีดขวางของ QW ซึ่งขัดขวางการส่งออกของเลเซอร์ ความก้าวหน้าของ Hu และเพื่อนร่วมงานเกิดขึ้นหลังจากที่พวกเขาสามารถลดการรั่วไหลนี้ได้โดยการพัฒนาโครงสร้างแถบเซมิคอนดักเตอร์ใหม่ การปรับปรุงซึ่งทำให้พวกเขาสามารถเพิ่มความสูงของอุปสรรคได้สองเท่า พวกเขายังได้คิดค้นรูปแบบใหม่ที่ระดับการฉายแสงที่ต่ำกว่าของแต่ละขั้นตอนของบันไดหลุมควอนตัมจะถูกลดจำนวนอิเล็กตรอนลงอย่างรวดเร็วโดยการกระจายฟอนอน (การสั่นสะเทือนของตาข่ายควอนตัม) ให้อยู่ในสถานะพื้นดิน สถานะนี้ทำหน้าที่เป็น “หัวฉีด” ของอิเล็กตรอนในระดับบนของขั้นตอนถัดไป Hu อธิบาย และกระบวนการจะทำซ้ำเพื่อให้เกิด lasing
โครงสร้างที่ทีมสร้างขึ้นนั้นซับซ้อนมากและมีส่วนต่อประสานระหว่าง QW กับสิ่งกีดขวางเกือบ 15,000 จุด โดยครึ่งหนึ่งมีความหนาน้อยกว่าเจ็ดชั้นอะตอม Wasilewski อธิบาย เขาเสริมว่าคุณภาพของอินเทอร์เฟซเหล่านี้มีความสำคัญยิ่งต่อประสิทธิภาพของเลเซอร์ THz
แอปพลิเคชั่นหนึ่งในระยะใกล้สำหรับแหล่งกำเนิด THz ใหม่จะเกี่ยวข้องกับการถ่ายภาพตามเวลาจริงของผิวหนังระหว่างการตรวจคัดกรองมะเร็งผิวหนัง Hu กล่าว เขาอธิบาย เซลล์มะเร็งปรากฏขึ้น “อย่างมาก” ในแสง THz เนื่องจากมีน้ำและเลือดมากกว่าเซลล์ปกติ และน้ำจะดูดซับสัญญาณ THz ได้อย่างมาก เทคโนโลยีนี้ยังสามารถใช้เพื่อตรวจจับยาเสพติด เช่น แอมเฟตามีน เฮโรอีน และวัตถุระเบิด เช่น TNT เนื่องจากโมเลกุลเหล่านี้มีสเปกตรัมสเปกตรัมภายในช่วงความถี่ THz ด้วย
นักวิจัยซึ่งรายงานงานของพวกเขาในNature Photonicsกล่าวว่าในอนาคต ควรจะเป็นไปได้ที่จะสร้างรังสี THz ด้วย QCL โดยไม่ต้องใช้เครื่องทำความเย็นเลย ตอนนี้พวกเขาวางแผนที่จะเพิ่มอุณหภูมิในการทำงานสูงสุดของอุปกรณ์ในขณะที่ลดขีดจำกัดการรั่วลงเพื่อลดการกระจายความร้อน “สิ่งนี้จะช่วยให้ระบบเลเซอร์ขนาดกะทัดรัดและพกพาทำงานได้อย่างต่อเนื่อง ซึ่งมีประโยชน์มากกว่าในการใช้งาน” Hu กล่าวกับPhysics World “ตัวอย่างเช่น เลเซอร์แบบต่อเนื่องความถี่เดียวตามโครงสร้างป้อนกลับแบบกระจายเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับสเปกโทรสโกปีความละเอียดสูงและการตรวจจับ”
Credit : chaneloutletinaus.net cheapestfitnessequipment.org cheapestlevitravardenafil.net chesterrailwaystation.org cialisdailybuycheapcialisfgrhy.com
