Araştırmacıların tasarladığı özel katmanlı yapının üzerinde, yalnızca birkaç on nanometre üzerinde tek bir serbest elektron yayılır. Elektron hareketi sırasında “foton” adı verilen ayrı radyasyon paketleri yayar. Elektron ve yaydığı fotonlar arasında “kuantum dolaşıklığı” bağlantısı oluşur. Kredi: Ella Maru Studio
Technion araştırmacıları, Cherenkov radyasyon fenomeninin iki boyutlu uzayda ilk gözlemini sunuyor.
Andrew ve Erna Viterbi Üniversitesi’nden araştırmacılar Technion’daki Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği – İsrail Teknoloji Enstitüsü, iki boyutlu bir uzayda sınırlı Cherenkov radyasyonunun ilk deneysel gözlemini sundu. Sonuçlar şaşırtıcıydı, çünkü elektron-radyasyon eşleşme gücünde yeni bir rekor kırdılar ve radyasyonun kuantum özelliklerini ortaya çıkardılar.
Cherenkov radyasyonu, tıpta birkaç yıldır kullanılan benzersiz bir fiziksel olgudur. görüntüleme, parçacık algılama ve lazerle çalışan elektron hızlandırıcılar. Technion’dan araştırmacılar, bu olguyu fotonik kuantum hesaplama ve serbest elektronlu kuantum ışık kaynaklarındaki gelecekteki potansiyel uygulamalarla ilişkilendirdi.
Fiziksel İnceleme X’te yayınlanan çalışmanın başında Ph.D. Technion’dan öğrenciler Yuval Adiv ve Shai Tsesses, Singapur’daki Nanyang Teknoloji Üniversitesi’nden (şu anda Çin’deki Nanjing Üniversitesi’nde profesör olan) Hao Hu ile birlikte. Çin’den meslektaşları Prof. Hongsheng Chen ve Zhejiang Üniversitesi’nden Prof. Xiao Lin ile işbirliği içinde, Prof. Ido Kaminer ve Technion’dan Prof. Guy Bartal tarafından denetlendi.
Serbest elektronların ışık, bilinen çok sayıda radyasyon olayının temelini oluşturur ve bilim ve endüstride çok sayıda uygulamaya yol açmıştır. Bu etkileşim etkilerinin en önemlilerinden biri, Cherenkov radyasyonudur – elektron gibi yüklü bir parçacık, bir ortamda ışığın o belirli ortamdaki faz hızından daha yüksek bir hızda hareket ettiğinde yayılan elektromanyetik radyasyondur.
{ 8}Örneğin, bir jet ses hızından daha hızlı gittiğinde meydana gelen süpersonik patlamanın optik eşdeğeridir. Sonuç olarak, Çerenkov radyasyonuna bazen “optik şok dalgası” denir. Bu fenomen 1934’te keşfedildi. 1958’de, onu keşfeden bilim adamlarına Nobel Fizik Ödülü verildi.
O zamandan beri, 80 yılı aşkın araştırma sırasında, Cherenkov radyasyonunun araştırılması, çoğu parçacık tanımlama dedektörleri ve tıbbi görüntüleme için olmak üzere çok sayıda uygulama. Bununla birlikte, fenomenle yoğun şekilde meşgul olunmasına rağmen, teorik araştırmaların büyük bölümü ve tüm deneysel gösterimler, üç boyutlu uzayda Cherenkov radyasyonuyla ilgiliydi ve onun açıklamasını klasik elektromanyetizmaya dayandırıyordu.
Şimdi, Technion araştırmacıları ilk deneysel verileri sunuyor. 2D Cherenkov radyasyonunun gözlemlenmesi, iki boyutlu uzayda radyasyonun tamamen farklı bir şekilde davrandığını gösteriyor – ilk kez, ışığın kuantum tanımı, deneysel sonuçları açıklamak için çok önemli.
Araştırmacılar, bir serbest elektronlar ve bir yüzey boyunca hareket eden ışık dalgaları arasındaki etkileşimi sağlayan özel çok katmanlı yapı. Yapının akıllı mühendisliği, 2D Cherenkov radyasyonunun ilk ölçümüne izin verdi. Etkinin düşük boyutluluğu, serbest elektronlardan yayılan radyasyon sürecinin kuantum doğasına bir göz atmayı mümkün kıldı: tek bir elektrondan yayılan fotonların (kuantum ışık parçacıkları) sayısı ve elektronların dolaşıklığının dolaylı kanıtı
Bu bağlamda, “dolaşma”, elektronun özellikleri ile yayılan ışığın özellikleri arasındaki “ilişki” anlamına gelir; öyle ki, birini ölçmek diğeri hakkında bilgi sağlar. 2022 Nobel Fizik Ödülü’nün, (mevcut araştırmada gösterilenlerden farklı sistemlerde) kuantum dolaşıklığının etkilerini gösteren bir dizi deneyin performansına verildiğini belirtmekte fayda var.
Yuval Adiv’e göre : “Bizi en çok şaşırtan çalışmanın sonucu, deneydeki elektron radyasyon emisyonunun verimliliğiyle ilgilidir: şimdikinden önceki en gelişmiş deneyler, yayılan yüz radyasyondan yaklaşık olarak sadece bir elektronun olduğu bir rejimi elde ederken, burada , her elektronun radyasyon yaydığı bir etkileşim rejimi elde etmeyi başardık. Başka bir deyişle, etkileşim verimliliğinde (“eşleşme gücü” olarak da adlandırılır) iki katın üzerinde bir gelişme gösterebildik. Bu sonuç, verimli elektronla çalışan radyasyon kaynaklarının modern gelişimlerini ilerletmeye yardımcı oluyor.”
Prof. Kaminer şu yorumu yaptı: “Elektronlardan yayılan radyasyon, yüz yılı aşkın süredir araştırılan ve uzun zaman önce teknolojiye asimile edilen “eski” bir olgudur, örneğin ev tipi mikrodalga fırın. Uzun yıllar boyunca, elektron radyasyonu hakkında bilinmesi gereken her şeyi zaten keşfetmiş gibiydik ve bu nedenle, bu tür radyasyonun zaten klasik fizik tarafından tam olarak tanımlandığı fikri yerleşmiş oldu. Bu konsepte çarpıcı bir tezat oluşturacak şekilde, oluşturduğumuz deneysel cihaz, elektron radyasyonunun kuantum doğasının ortaya çıkarılmasına izin veriyor. Şu anda yayınlanan yeni deney, elektron radyasyonunun kuantum-fotonik doğasını araştırıyor.
Devam ediyor, “Deney, bu radyasyonu ve daha geniş anlamda, arasındaki ilişkiyi anlama biçimimizdeki bir paradigma değişikliğinin parçası. elektronlar ve yaydıkları radyasyon. Örneğin, artık serbest elektronların yaydıkları fotonlarla dolaşık hale gelebileceğini anlıyoruz. Deneyde bu olgunun işaretlerini görmek hem şaşırtıcı hem de heyecan verici.”
Shai Tsesses’e göre, “Yuval Adiv’in yeni deneyinde, elektronları fotonik-plasmonik bir yüzeye yakın hareket etmeye zorladık. Guy Bartal’ın laboratuvarında geliştirilen bir tekniğe dayanarak planladım. Elektron hızı, eşleşmenin üç boyutlu radyasyona olduğu normal durumlarda elde edilenden daha büyük olan büyük bir bağlantı kuvveti elde etmek için doğru bir şekilde ayarlandı. Sürecin kalbinde, foton adı verilen ayrı enerji paketlerinde elde edilen radyasyon emisyonunun kendiliğinden kuantum doğasını gözlemliyoruz. Bu şekilde, deney fotonların kuantum doğasına yeni bir ışık tutuyor.”
Referans: “2B Cherenkov Radyasyonu Gözlemi” yazan Yuval Adiv, Hao Hu, Shai Tsesses, Raphael Dahan, Kangpeng Wang, Yaniv Kurman , Alexey Gorlach, Hongsheng Chen, Xiao Lin, Guy Bartal ve Ido Kaminer, 6 Ocak 2023, Physical Review X.
DOI: 10.1103/PhysRevX.13.011002