نرم افزار اندروید کلوب مجله کلوب

نتایج جستجو : فیزیک - 84 مطلب

99/03/26 14:44
حرف آخر منتظری , harfeakhari
سلام دوستان خوبم! حالتون چطوره ؟ امیدوارم سرحال ، شاداب و پرانرژی باشید. وقتی دارید این متن رو میخونید دوتا حالت داره یا کنکوری هستید و دارید خودتون رو آماده میکنید و یا والدین هستید و نشون میده خیلی نتیجه ی فرزنداتون براتون مهمه که اطلاعات جمع میکنید....

منبع : انتشارات حرف اخر https://harfeakharpub.com

مطالعه کامل مقاله در لینک زیر
99
99/01/15 17:59
 فیزیک , physics
مطالعه نسبیت قدمت بسیار زیادی دارد و در حدود سال 1630 با تحقیقات گالیله آغاز شده است . همچنین نیوتن در توسعه پژوهش در زمینه نسبیت مشارکت زیادی داشته است. جالب است که تا سال 1900 "نسبیت گالیله" در سطح جهانی پذیرفته شده بود.

برای درک مفهوم نسبیت از مثالی ساده استفاده میکنیم. فرض کنید کودکی در کف راهروی قطاری در حال حرکت قدم، می زند. مسافران داخل قطار سرعت حرکت کودک را 1 متر در ثانیه اندازه می گیرند. این در حالیست که وقتی ناظران مستقر بیرون قطار سرعت کودک را اندازه گیری می کنند، مقدار متفاوتی به دست می آورند. همچنین ناظران در هواپیمایی که بالای سر قطار پرواز می کنند، مقدار متفاوت دیگری را گزارش میکنند. بنابراین هر یک از مشاهده گرها برای یک کمیت فیزیکی مقدار متفاوتی را گزارش میکنند. میتوان گفت یافتن رابطه بین این مقادیر موضوع بحث نظریه نسبیت است.
ادامه در "مجله کلوب"
15
1
3
98/01/17 19:09
دیوار , wall
[https://www.aparat.com/v/QYijE]
98/01/9 01:05
دیوار , wall
نظریه‌‌ای از دنیای فیزیک سر برآورده که بی‌‌پروایانه، «ماده» را در جهان، مفهومی زائد قلمداد کرده و تنها واقعیت غایی جهان را «اطلاعات» می‌داند.

مکس تگمارک ، نام فیزیکدانی جسور از موسسه‌ی فناوری ماساچوست است که در کتاب پیشین خود با نام «جهان ریاضی ما» تصویر تکان‌دهنده‌ی خود را از جهان این‌چنین به نمایش می‌گذارد:

پروتون‌ها، اتم‌ها، مولکول‌ها، سلول‌ها و ستارگان همگی مفاهیمی زائد هستند، تنها دستگاه ریاضی مورداستفاده برای توصیف رفتار ماده، واقعی است و نه خود ماده.

از دیدگاه تگمارک، جهان مجموعه‌ای از هویت‌های انتزاعی با روابطی میان آن‌ها است که می‌توان آن را به شیوه‌ای مستقل از این زوائد (یعنی ماده) توضیح داد. او «وجود» را تنها نوعی توصیف قلمداد می‌‌کند و آنچه را که در وهله‌‌ی اول توصیف شده، به‌‌کلی انکار می‌کند. جهان را از مفهوم ماده مبرا می‌‌داند و تنها واقعیت نهایی را «اطلاعات» تلقی می‌‌کند.

این مفهوم انتزاعی که «رئالیسم اطلاعات» نامیده می‌شود، ماهیتی فلسفی دارد؛ بااین‌‌حال، مفهومی است که از همان آغاز با دنیای فیزیک عجین بوده است. رئالیسم اطلاعات یک زیربنای فلسفی شناخته‌‌شده برای فیزیک دیجیتال است که شاید کشف انگیزه ‌ی چنین ارتباطی آن‌‌قدرها هم که به‌نظر می‌آید، دشوار نباشد.

درواقع، طبق افسانه‌های یونان باستان، اگر ما اشیا را به‌‌صورت مداوم به قطعات کوچک و کوچک‌تر تقسیم کنیم، در پایان به ذراتی صُلب و غیرقابل تقسیم به نام اتم‌ها خواهیم رسید؛ ذراتی آنقدر فشرده که حتی تصور می‌‌شد شکل مشخصی داشته باشند. بااین‌حال، همان‌‌طور که درک ما از فیزیک پیشرفت کرد، ما متوجه شدیم که اتم‌ها خود قابل‌‌تقسیم به ذرات کوچک‌‌تری هستند و آن‌ ذرات نیز خود از ذرات کوچکتری ساخته شده‌‌اند و این روند آن‌‌قدر پیش می‌‌رود که درنهایت آن‌‌چه باقی می‌ماند، فاقد شکل و حالت جمود است. در اعماق زنجیره‌‌ی کوچک‌ترین‌ها در دنیای فیزیک ذرات، تنها موجودیت‌‌هایی ناپایدار باقی می‌‌مانند که ما آن‌ها را « انرژی » و «میدان» نام نهاده‌‌ایم؛ یعنی ابزارهایی مفهومی و انتزاعی برای توصیف طبیعت که به نظر می‌رسد خود فاقد هرگونه ماهیت واقعی و یکپارچه‌ای باشند.

این بدان معنا است که از نگاه برخی فیزیکدانان، آن‌‌چه که ما به‌‌عنوان «ماده» خطاب می‌‌کنیم، با تمام صلابت و یکپارچگی‌‌ای که دارد تنها یک توهم است. تنها آن دستگاه ریاضی که فیزیکدانان در نظریه‌های خود ابداع می‌کنند، واقعی است و نه آن جهان درک‌‌شده‌‌ای که این دستگاه در وهله‌‌ی اول برای توصیف آن ایجاد شده بود. از دیدگاه این گروه، چنین نتیجه‌گیری غیرمعمولی خود پیامدی از نظریه است، نه یک گزاره‌‌ی بدیهی خودمغلوب.

بر طبق نظریه‌ی جدید، آن‌‌چه که ما به‌‌عنوان «ماده» خطاب می‌‌کنیم، با تمام صلابت و یکپارچگی‌‌ ظاهری آن، تنها یک توهم است

درواقع، بنابر اظهارات طرفداران رئالیسم اطلاعات، ماده خود از پردازش اطلاعات مشتق می‌شود و نه از راه‌‌های دیگر. حتی مفاهیمی نظیر ذهن و روان (یا روح) خود پدیده‌‌هایی مشتق‌‌شده از دستکاری اطلاعات انتزاعی هستند. اما پرسش اصلی اینجا است که معنای دقیق خود «اطلاعات» چه می‌‌تواند باشد؛ آن هم در شرایطی که از ابتدای امر، هیچ‌‌گونه بستر فیزیکی یا ذهنی برای میزبانی این اطلاعات وجود ندارد.

یکی از تفاسیر چنین است که بگوییم اطلاعات خود مفهومی اولیه است که می‌تواند به‌‌صورت مستقل از ذهن و ماده وجود داشته باشد. اما درک واضح و کامل چنین گزاره‌‌ای خود مقوله‌‌ای متفاوت است. برای مقایسه می‌‌توان گفت نظیر آنچه در داستان «آلیس در سرزمین عجایب» (نوشته‌‌ی لوییس کارول) روی می‌‌دهد، روی کاغذ شاید به‌‌راحتی بتوان تصور کرد که چگونه ممکن است که پوزخند گربه‌‌ی داستان به‌‌نام چِشِر حتی پس از ناپدیدشدنش نیز همچنان باقی می‌‌ماند؛ اما اینکه چگونه چنین چیزی واقعا در مقام عمل ممکن است، خود مقوله‌‌ای کاملا متفاوت است.

درک شهودی ما از مفهوم اطلاعات (مطابق تعاریف کلود شانون در سال ۱۹۴۸) چنین است که اطلاعات تنها «معیاری برای تعداد حالات ممکن در یک سیستم مستقل موجود» است. پس مطابق چنین تعریفی، اطلاعات خود از ویژگی‌‌های یک زیرلایه‌‌ی بنیادین است که پیکربندی‌‌های ممکن این زیرلایه را تعریف می‌‌کند و این ویژگی طبعا نمی‌‌تواند خود موجودیتی مستقل داشته باشد.
گفتن اینکه اطلاعات خود به‌‌صورت مستقل وجود دارد، مانند آن است که از فرفره‌‌ای بدون محور سخن بگویم؛ یا موجی بدون آب، رقصی بدون رقصنده یا آن‌‌گونه که لوییس کارول روایت می‌‌کند از لبخند گربه‌‌ی چشر بدون وجود خود گربه.

این به‌‌منزله‌‌ی ارائه‌‌ی یک گزاره‌‌ی ادبی است که صرفا می‌توان گفت از لحاظ دستوری مشکلی ندارد ولی از باطن، عاری از هرگونه معنایی است؛ یک نوع بازی با کلمات که معنایی بیشتر از یک توهم ندارد.

مشکل اینجا است که بنابر تعریف کلاسیک ارائه‌شده ازسوی کلود شانون، «اطلاعات» نمی‌تواند موجودیتی مستقل داشته باشد

می‌‌توان پیشاپیش حدس زد که طرفداران جدی نظریه‌‌ی رئالیسم اطلاعات، خود به چنین انتقاداتی کاملا واقف هستند. پس موضع این گروه در قبال چنین انتقاداتی چگونه است؟ شاید فرازی از سخنان لوسیانو فلوریدی ، استاد فلسفه و اخلاق اطلاعات از دانشگاه اکسفورد در سرفصلی با نام « طبیعت اطلاعات » اندکی راهگشا باشد:

اطلاعات اغلب درقالب پدیده‌‌ی چندشکلی و مفهومی چندمعنایی شناخته می‌‌شود. پس درواقع، این مفهوم می‌تواند بسته‌‌به سطح انتزاع موردقبول، مجموعه‌ی الزامات و نقطه‌‌ی مطلوب ما در نظریه، با چندین و چند تعریف در ارتباط باشد. اطلاعات همچنان یک مفهوم مبهم باقی می‌ماند.

وجود چنین ابهامی، یک نوع سیالیت مفهومی به رئالیسم اطلاعات می‌‌بخشد که ردکردن این نظریه‌‌ی را غیرممکن می‌‌کند. به این فکر کنید که اگر اولین انتخاب بدوی ما یک مفهوم دست‌‌نیافتنی باشد، پس چطور می‌‌توان آن را با قاطعیت رد کرد؟ در تصدیق این احتمال که اطلاعات ممکن است «یک شبکه از مفاهیم باشد که از لحاظ منطقی وابسته ولی متقابلا ساده‌‌نشدنی هستند»، فلوریدی بر این باور است که این ویژگی دست‌‌نیافتنی کاملا ذاتی و غیرقابل‌‌حل است.

البته باتوجه به اینکه بسیاری از مفاهیم طبیعی دیگر نیز فراتر از توان ادراک بشر قرار می‌‌گیرند، این نوع «ابهام» چندان معضل تازه‌‌ای نبوده و نیست و ازاین‌‌رو قضاوت درمورد اینکه چه‌‌زمانی این مفاهیم در حوزه‌‌ی درک بشر قرار می‌‌گیرند، کمی مشکل است. واقعیت این است که ما تنها این مفهوم را ابداع کرده‌‌ایم و باید منتظر بمانیم تا ببینیم آیا نهایتا قادر خواهیم بود که شفافیت کافی را برای درک آن ایجاد کنیم یا اینکه این مفهوم‌‌سازی ما همچنان مبهم و بی‌‌معنا باقی خواهد ماند. بدیهی است درصورت تحقق گزاره‌‌ی دوم، عملا بی‌‌معنی است که موجودیتی اولیه برای مفهوم اطلاعات قائل شویم.

بااین‌‌وجود، غیرقابل‌‌دفاع بودن نظریه‌‌ی رئالیسم اطلاعات نمی‌‌تواند صورت مسئله‌‌ی اصلی را (که ما را به این نقطه رسانده بود) پاک کند. همان درکی که به ما می‌‌گوید طبق یافته‌‌های فیزیک ذرات، ماده درواقع یک مفهوم انتزاعی و خیالی است. چیزی که ما آن را «ماده» می‌نامیم، یک انتزاع خالص است. به‌‌راستی چگونه نگاه نزدیک‌‌تر ما به ذات ماده باعث شده که تمامی تصورات ما درباره‌‌ی صلب‌‌بودن و یکپارچگی جهان به‌‌یکباره ناپدید شود؟

تگمارک با درنظر گرفتن ماده به‌‌عنوان چیزی در جهان خارج و مستقل از ذهن، به‌‌درستی استنتاج می‌‌کند که ماده درواقع مفهوهی زائد و غیرضروری است؛ اما نتیجه‌‌ی نهایی این نوع استنتاج جسورانه آن است که قبول کنیم جهان سرتاسر یک ساختار ذهنی است که روی پرده‌‌ی ادراک ما نقش بسته است. دنیای ریاضیاتی تگمارک ذاتا یک دنیای ذهنی است که در آن تمامی دیگر مفاهیم دنیای ریاضیات (نظیر اعداد، مجموعه‌‌ها، معادلات) نیز حضور دارند.

همان‌‌طور که برناردو کاستراپ در کتاب جدید خود باعنوان « ایده‌‌ی جهان » به‌‌تفصیل توضیح داده، هیچ‌‌یک از این‌‌گونه نظریات بر «نفس‌‌گرایی» دلالت ندارند. درست است که «دنیای ذهنی» تنها در ذهن حضور دارد، اما این حضور تنها محدود به ذهن شخص شما نیست؛ بلکه این دنیا در حوزه‌‌ای از قلمروهای ذهنی فراتر از اشخاص جای گرفته که پس از مشاهده و پردازش ازسوی ذهن تک‌‌تک ما، خود را به‌‌صورت واقعیتی فیزیکی (با تمام یکپارچگی، جمود و قطعیت) به ما نشان می‌‌دهد. مقصدی که علم فیزیک سعی دارد ما را به‌‌سوی آن رهنمون ‌‌کند، همین دنیای ذهنی است و نه آن بازی با کلماتی که در رئالیسم اطلاعاتی با آن مواجه هستیم.
97/10/24 12:21
دخی مطلقه  , habib_atashpanjeh
97/09/21 12:00
حسن نصیری مردانقم , ha_nasiri
97/07/11 22:01
در مرزهای علم , edge_of_science

بعد از ۵۵ سال برای اولین بار یک زن برنده جایزه نوبل فیزیک شده است.

به گزارش دانشمندآنلاین به نقل از بی بی سی، دانا استریکلند از کانادا سومین زنی است که برنده این جایزه می‌شود. دیگر برندگان زن این جایزه ماری کوری و ماریا گپرت-مایر در سال‌های ۱۹۰۳ و ۱۹۶۳ بودند.

دکتر استریکلند جایزه امسال را مشترکا با آرتور اشکین از آمریکا و جرارد مورو از فرانسه دریافت می‌کند. این جایزه به پاس کشفیات آنها در زمینه فیزیک لیزری اعطا می‌شود.

دکتر اشکین یک تکنیک لیزری اختراع کرده که "موچین نوری" توصیف می‌شود و در مطالعه سیستم‌های بیولوژیکی کاربرد گسترده یافته است.

دکتر مورو و دکتر استریکلند هم راه را برای تولید کوتاه ترین و فشرده ترین پالس لیزری هموار کردند. تکنیک اختراعی آنها "سی پی ای" (Chirped Pulse Amplification) نام دارد و از جمله در لیزردرمانی برای هدف گرفتن سلول‌های سرطانی و جراحی لیزری برای ترمیم بینایی کاربرد دارد.

دکتر استریکلند در گفت و گویی گفت برای او هم "تعجب آور" بود که ۵۵ سال از آخرین باری که یک زن برنده این جایزه شد می‌گذرد.

با این حال او تاکید کرد که هرگز در عالم حرفه‌ای شاهد "رفتار نابرابر" با خود نبوده است. وی همچنین از دستاورد دو برنده دیگر امسال که مرد هستند تمجید کرد و آنها را مستحق این جایزه دانست.

پیش از این ماریا گپرت-مایر فیزیکدان آلمانی-آمریکایی در سال ۱۹۶۳ به خاطر کشفیاتی در زمینه هسته اتم برنده این جایزه شده بود.

فیزیکدان لهستانی الاصل ماری کوری هم در سال ۱۹۰۳ در کنار شوهرش پی یر کوری و آنتوان آنری باکرل به خاطر تحقیقات در زمینه رادیواکتیویته برنده نوبل فیزیک شد.

ارزش این جایزه ۹ میلیون کرون سوئد - تقریبا معادل یک میلیون دلار - است.

دکتر استریکلند که در دانشگاه واترلو در کانادا تحقیق می‌کند در واکنش به خبر دریافت جایزه گفت: "اول از همه فکر می کنید چه خبر عجیبی، پس این اولین واکنش من بود. دیگر اینکه از خود می پرسید اصلا خبر واقعی هست."

"در مورد اینکه مشترکا با جرارد برنده می شوم خیلی خوشحالم چون او سوپروایزر و مربی من بود و سی پی ای را به مراحل عالی رساند پس مسلما مستحق این جایزه است. و خیلی خوشحالم که آرتور اشکین هم برنده این جایزه می‌شود."

او افزود: "کشفیات او در مراحل اولیه این رشته آنقدر زیاد بود که اجازه داد دیگران با کمک آن به دستاوردهای بزرگی برسند و واقعا عالی است که دستاورد او به رسمیت شناخته می‌شود."

موسسه فیزیک آمریکا (ای آی پی) در بیانیه‌ای به برندگان تبریک گفت: "کاربردهای بی شماری که مطالعات آنها ممکن کرده، مثل جراحی چشم با لیزر، لیزر پتاواتی، و امکان به تله انداختن و مطالعه ویروس‌ها و باکتری ها به صورت منفرد نویدبخش دستاوردهای بیشتر در آینده است." در این بیانیه آمده است که وجود یک زن در میان برندگان امسال به آن جنبه ای تاریخی می دهد

تا پیش از دستاورد بی سابقه دکتر استریکلند و دکتر مورو، نیروی پالس‌های لیزری حتی در اوج آن محدود بود، چون با افزودن بر شدت و قدرت لیزر، وسایل تولیدکننده آن نابود می‌شد.

محققان برای دور زدن این مشکل ابتدا پالس‌های لیزری را در زمان کش دادند تا از قدرت آن در اوج بکاهند، بعد آنها را تقویت و در نهایت فشرده کردند.

وقتی یک پالس لیزری در زمان فشرده و کوتاه تر می‌شود، نور بیشتری در یک فضایی کوچک می‌گنجد. این به طور چشمگیری بر شدت پالس می‌افزاید. تکنیک دکتر استریکلند و دکتر مورو موسوم به "سی پی ای" تبدیل به استانداردی برای تولید لیزرهای فشرده و قوی شد.

آرتور اشکین هم یکی از آرزوهای قدیمی داستان‌های علمی-تخیلی را جامه عمل پوشید: استفاده از فشار پرتوهای نور برای جابجایی اجسام فیزیکی. او با این دستاورد در واقع موچینی نوری اختراع کرد که امروز برای گرفتن ذرات، اتم‌ها، ویروس‌ها و سلول‌های زنده استفاده می‌شود.

وی ابتدا تلاش کرد با استفاده از نور لیزر ذرات کوچک را به سوی مرکز اشعه هدایت کند و آنها را آنجا نگه دارد.

او در سال ۱۹۸۷ از این موچین نوری برای به به دام انداختن باکتری‌ها بدون آسیب رساندن به آنها استفاده کرد. این شیوه اکنون کاربرد گسترده‌ای در مطالعه سازوکار حیات دارد.
97/06/3 15:55
در مرزهای علم , edge_of_science
برای درک چگونگی زدن ضربات پنالتی که موجب برد مسابقه شود، شما باید فیزیک پشت چنین ضربه‌ی بی عیب ونقصی را بدانید.

ضربه‌ی پنالتی در ۱۴ فوریه ۱۸۹۱ اختراع شد. آخرین دقیقه‌ی دوره یک چهارم نهایی در مسابقات حذفی فدراسیون بین تیم‌های نوتس کانتی (Notts County) و استوک سیتی (Stoke City) بود که یکی از مدافع‌های تیم کانتی با دست خود ضربه‌ای را بر روی خط متوقف کرد. یک ضربه آزاد به فاصله‌ی چند سانتیمتری از خط دروازه به استوک داده شد و دروازه‌ بان، با توجه به این که در آن زمان کاملا قانونی بود، در مقابل توپ ایستاد. بازیکن استوک که قادر به انجام هیچ کاری جز پرتاب مستقیم توپ به سمت او نبود، متوجه شد که پرتابش در شرایط مضحکی گیر کرده است.

در جلسه بعدی هیئت مدیره انجمن بین المللی فوتبال در گلاسکو (Glasgow) در ۲ ژوئن ۱۸۹۱، پیشنهادی برای یک قانون جدید برای ضربه پنالتی توسط یک عضو ایرلندی انجمن فوتبال (FA) ارائه شد. هیئت مدیره نیز با آن موافقت کردند، این اتفاق درست مثل این بود که دهه‌های لذت و اضطراب متولد شد. قانون اساسی توضیح می‌داد که بازیکنان می‌توانند از هر نقطه‌ای در فاصله‌ی دوازده یاردی ( یارد، واحد اندازه‌گیری طول برابر ۹۱۴.۴ میلی‌متر یا ۳ فوت است؛ و هر فوت برابر با ۱۲ اینچ می‌باشد. هر اینچ برابر با ۲۵.۴ میلی‌متر است) از خط دروازه ضربه پنالتی را بزنند و دروازه بان حداقل می‌تواند برای گرفتن این ضربه، تا فاصله‌ی ۶ متری پیش رود. اما، با گذشت زمان، این قوانین تغییر کرده و به چیز‌هایی تبدیل شده‌اند که امروزه آن‌ها را دوست داشته و یا از آن‌ها متنفریم.

ضربات پنالتی در سال ۱۹۷۸ به جام جهانی معرفی شد. احتمال گل شدن یک پنالتی در حدود ۷۰ درصد است، که به طور کامل توسط نرخ موفقیت ضربات پنالتی جام جهانی فوتبال منعکس شده است؛ به طوری که تا زمان قبل از مسابقات روسیه، ۱۷۰ ضربه از ۲۴۰ پنالتی گرفته شده، تبدیل به گل شده است. اما چرا فاصله‌ی دوازده یاردی؟ به طور ساده، این همان تصمیمی است که انجمن فوتبال در سال ۱۸۹۱ گرفت. احتمالا این موضوع هرگز تغییر نکرده است زیرا هفت امتیاز از هر ده فرصت، ترکیب خوبی از مخاطره، پاداش و درام می‌شود.

با جا به جایی توپ به سمت نزدیکتر یا دورتر، شانس گل شدن، کم و زیاد می‌شود. همان طور که جان وسون (John Wesson) در “علم فوتبال” خاطر نشان می‌کند، با احتساب نیروی کشش هوا، یک ضربه‌ی پنالتی که با سرعت ۸۰ مایل بر ساعت، به طور مستقیم به سمت گوشه بالای دروازه پرتاب می‌شود، می‌تواند به صورت تئوری یک دروازه بان را از فاصله‌ی ۳۵ متری شکست دهد. با حرکتی در حدود ده متر یا بیشتر به هدف، احتمال امتیازگیری به طور پیوسته افزایش می‌یابد. در فاصله‌ی سه متری، این احتمال تقریبا برابر با ۱۰۰ درصد است.

بر حسب اتفاق، به نظر می‌رسد که فاصله‌ی ۱۲ یاردی تقریبا نقطه‌ی مطلوبی است. تعداد کافی و مناسبی از ضربات پنالتی به علت مهارت بازیکن و جایگذاری مناسب توپ توسط او، تبدیل به گل می‌شوند. همچنین تعداد کافی از این ضربات به علت حدس درست دروازبان و چالاکی مناسب او وارد دروازه نمی‌شوند. از بین ۲۴۰ ضربه‌ی پنالتی که در فینال جام جهانی زده شد، تنها در ۴۹ مورد، دروازبان توانست دروازه‌اش را نجات دهد؛ که در ۲۴ مورد، دروازبان به سمت چپ و در ۲۵ مورد بعدی به سمت راست شیجه زده بود.

همان طور که هری کین (Harry Kane) با ضربات پنالتی دو ضرب خود در بازی مقابل پاناما نشان داد، با تکیه بر فیزیک برای امتیاز گرفتن و گل کردن یک ضربه‌ی پنالتی، کلا دو موضوع مهم وجود دارد: سرعت و جهت. در سرعت ۸۰ مایل بر ساعت ( مایل واحد اندازه‌گیری فاصله و مایل بر ساعت واحد اندازه‌گیری سرعت است. این واحد بیشتر در آمریکا رایج است. البته در ایران و در میان فارسی زبانان نیز عبارت مایل یا همان میل بعنوان یکای فاصله رایج بوده‌است )، دروازه بان در حدود یک سوم یک ثانیه فرصت دارد تا ضربه را گرفته و دروازه را نجات دهد، و چون این زمان مشابه زمان واکنش آن‌ها است، تنها شانس گل نشدن پنالتی در چنین شرایطی، درست حدس زدن جهت پرتاب توپ توسط دروازه بان است. در اینجاست که بحث جایگذاری توپ مطرح می‌شود. تحقیقاتی که در سال ۲۰۱۲ در دانشگاه باث (University of Bath) انجام شد، برای هر دروازه بان یک “جعبه‌ی شیرجه” یافتند که در حالتی که دروازه بان با حداکثر نیرو از هر طرف خلع سلاح شود. احتمال شوت کردن توپ به داخل محدوده‌ی جعبه‌ی شیرجه، در حدود ۵۰ در صد و احتمال پرتاب به خارج از این ناحیه تقریبا برابر با ۸۰ در صد است.

در مورد منطقه هدف که برای دروازه بان یک مزیت فنی دارد، می توان به موارد زیر اشاره کرد: آن‌ها می توانند به ۷۰ درصد از منطقه هدف دسترسی پیدا کنند، که فقط ۳۰ درصد از احتمای گل شدن برای بازیکن پنالتی زن باقی می‌ماند تا به طور چشمگیری شانس خود را به ثمر برساند. اگر او بتواند این ضربه را به دروازه بزند، تحت هر شرایطی امتیاز خواهد گرفت. داده‌های Opta ( حاصل از طریق BBC) نشان می‌دهد که هیچ دروازه بانی در تاریخ جام جهانی نتوانسته هیچ کدام از ۱۵ ضربه‌ی پنالتی به صورت بلند و به سمت مرکز پرتاب شده است را بگیرد ( در مورد آن فکر کنید: حتی زمانی که دروازه بان به دقیقا به سمت بالا بپرد؟ ). در حالیکه پرتاب توپ به سمت دروازه با شدت کم، احتمال موفقیت را تا حدود ۵۸ در صد کاهش می‌دهد. از پنالتی‌های زده شده در ضربات آزاد جام جهانی، ۹۰ در صد به صورت بلند پرتاب شده و به سمت هر دو طرف مرکز دروازه ( همانند بازی کین مقابل پاناما ) تغییر پیدا کردند.

برای کین، همانند پنالتی زن‌های برجسته‌ی دیگر، داشتن تعداد تغییرات زیاد به خاطر آماده سازی است. کین در لیگ و فوتبال بین‌المللی ۲۷ ضربه پنالتی زده که از بین آن‌ها مجموعا ۲۲ تا از آن‌ها تبدیل به گل شده است. که به معنی نرخ موفقیت ۸۱ درصدی است. در این هفته کین در مصاحبه‌ای گفت: “من سعی می‌کنم همه انواع موقعیت‌های مختلف را تمرین کنم و مطمئن باشم که برای هر اتفاقی که بیفتد، آماده هستم.” هنگامی که زمان مورد نظر فرا می‌رسد، کین هنوز برنامه‌ای دارد که او چگونه ضربه‌ی پنالتی را پرتاب کند. این نظم و ترتیب ذهنی، همراه با تکنیک عالی، شانس گل زدن او را افزایش می‌دهد. او گفته است: “من برای همه چیز آماده هستم، هر چند که زدن یک ضربه پنالتی باشد.”

بنابراین همه این‌ها چه معنی می‌دهند؟ اگر می‌خواهید علم فیزیک در کنار شما باشد، هدف را در قسمت بالا‌ی دروازه در نظر گرفته و به شدت به توپ ضربه بزنید. در این رابطه، یک تغییر قانون منصفانه، اخیرا انجام گرفت که ممکن است در کمک به دروازه بانان تاثیرات متفاوتی داشته باشد. تا سال ۱۹۹۷، دروازه بانان باید تا زمانی که توپ پرتاب نشده بود، در مرکز دروازه قرارمی‌گرفتند. بعد از زمان تغییر قانون، آن‌ها مجاز به حرکت و پرش در امتداد خط خود شدند، که به طرز چشمگیری محدوده‌ی جعبه‌ی شیرجه‌ی آنان را تغییر داد. این موضوع به این معنی است که آن‌ها می توانند به طور بالقوه به یک طرف دروازه نزدیک‌تر شوند، اما طرف دیگر را آن را به طور وسیعی باز می‌کنند. همان طور که ما در جام جهانی اخیر دیدیم، اکنون بازیکنان پنالتی زن باهوش از این مسئله با تغییر ماهرانه سرعت دویدنشان برای تغییر وزن دروازه بان، به نفع خود استفاده می‌کنند.

تحقیقات انجام شده توسط دانشگاه اکستر ( Exeter University ) در سال ۲۰۰۹، مسیر حرکت چشم بازیکنان فوتبال را در زمان زدن ضربه‌ی پنالتی دنبال کردند. دانشمندان ورزشی، ۱۴ نفر از بازیکنان فوتبال در سطح دانشگاهی را دور هم جمع کرده و برای آن‌ها عینک‌های ویژه‌ای برای دنبال کردن حرکات چشم آن‌ها فراهم کردند. از آن‌ها خواسته شد تا دو نوع ضربه‌ی پنالتی بزنند تا مورد آزمایش قرار گیرد. در پرتاب نوع اول، محققان از بازیکنان پنالتی زن خواستند که تمام تلاششان را برای زدن ضربه بکنند تا بهترین نتیجه را بگیرند. در دور دوم، به آن‌ها گفته شد که تلاش‌های آن‌ها ثبت و ضبط می‌شود تا با سایر بازیکنان به اشتراک گذاشته شود و در نهایت بازیکن زننده‌ی بهترین ضربۀ پنالتی یک جایزه ۵۰ پوندی دریافت خواهد کرد. این برنامه به منظور افزایش فشار روی بازیکنان برای زدن ضربه‌ی پنالتی طراحی شده بود. هر چند که فشارهای بسیار ناشی از ضربه نقطه‌ای در جهان واقعی را به خوبی شبیه سازی نمی‌کرد. نتایج حاصل نشان دادند که در هنگام اضطراب و تشویش ذهنی، فوتبالیست‌ها به طور قابل توجهی زودتر و به مدت طولانی تری به دروازه بان نگاه کردند و این موضوع نشان می‌داد که بازیکن بیشتر از قبل روی دروازه بان تمرکز کرده است و احتمال این که به سمت مرکز دروازه شوت کند، بیشتر است. آن دسته بازیکنان زننده‌ی ضربات پنالتی که بیش از حد روی دروازه بان تمرکز کرده بودند، متوجه شدند که تلاش‌هایشان نسبت به بازیکنانی که نسبتا اضطراب کمتری داشتند و قادر بودند که دروازه بان را نادیده بگیرند، ۴۰ درصد بیشتر زمان را حفظ کردند و در نتیجه نرخ گرفتن توپ توسط دروازه بان یا به عبارتی نجات دروازه از پنالتی در حدود ۲۰ درصد کاهش یافته بود.

فیزیک تماما خوبی و خوشی است، اما همان گونه که آزمایش دنبال کردن مسیر حرکت نگاه بازیکنان نشان داد، فوتبالیست‌ها همانند ربات نیستند و در صورت وجود شدیدترین فشار‌ها، معلوم می شود که مغز حتی ترفندهای بی رحمانه‌ای بر روی شما اعمال می‌کند.

بر طبق تحقیقات پژوهشگرانی در دانشگاه بنگور ( Bangor University )، بازیکنان فوتبال به طور مرتب پنالتی‌های مهمی را از دست می‌دهند که به علت انجام غیر عمد آن دسته از خطاها و اشتباهاتی است که دقیقا از همان‌ها دوری می‌کردند. اثری که به اصطلاح “خطا طعنه آمیز” نامیده می‌شود، نتیجه‌ی تشخیص ناخود آگاهانه‌ی همه‌ی پیشامدها و عواقب احتمالی و سپس غرق شدن در این افکار و یا دست پاچه شدن است. در شرایطی با فشار و استرس بالا مانند ضربات آزاد جام جهانی، دانستن این که شما می‌توانید در پست زننده‌ی ضربه‌ی پنالتی با موفقیت قرار بگیرید، نتایج قابل قبول آماری بیشتری را از بین می برد: آن‌ها باید امتیاز به دست آورند. به سادگی قرار دهید: تحت فشار زیاد برای گل کردن یک ضربه‌ی پنالتی و امتیاز گرفتن از آن برای بازی، ذهن به سمت تمرکز بر روی چگونگی از دست دادن پنالتی کشیده می شود. نتیجه چه می‌تواند باشد؟ ضربه از دست خواهد رفت و امتیازی کسب نمی‌شود و فوتبال دیگر به خانه نمی‌آید.
97/02/5 08:46
در مرزهای علم , edge_of_science
هیچ سازنده‌ی اعداد تصادفی اثبات نشده که واقعاً اعداد رندم تولید کند؛ به جز این یکی که اعداد تصادفی کوانتومی می‌سازد. به لطف رفتارهای عجیب و غریب در دنیای کوانتوم، یک فوتون (ذره‌ی نور) می‌تواند در یک لحظه حائز دو حالت باشد. مثل وقتی که شیر یا خط بیاندازیم و سکه ایستاده بیافتد!
برای یک سکه دو حالت شیر یا خط بیشتر نداریم. همین حالت برای فوتون هم وجود دارد که با دو زاویه می‌تواند قطبیده (پلاریزه) شود و تا وقتی که آن را اندازه‌گیری نکنیم، معلوم نمی‌شود کدام یک است. این قانون، اساس دستگاهی است که پیتر بیرهورست در مؤسسه‌ی ملی استاندارد و تکنولوژی در بولدر آمریکا ساخته است.

او و همکارانش با استفاده از لیزر چندین جفت فوتون درهم‌تنیده تولید کردند که هر کدام از آن‌ها به یک دتکتور شلیک می‌شوند. هر کدام از فیلترها فقط به یک نوع فوتون با پلاریزاسیون خاص اجازه‌ی عبور می‌دهند.
دتکتورها ۱۸۷ متر از هم فاصله داشتند و تنها کمی قبل از برخورد فوتون‌ها فیلتر مورد نظر برای آن‌ها انتخاب شد. این کار برای اطمینان از آن انجام شد که حالت نهایی فوتون‌ها تحت تأثیر نیروهای خارجی نباشد؛ بنابراین، هیچ اطلاعاتی زمان لازم برای تبادل بین دتکتورها را ندارد. همچنین اگر فوتون‌ها درهم‌‍تنیده باقی بمانند، سندی است که نشان می‌دهد آن‌ها دستکاری نشده‌اند.
هر فوتون ۵۰ درصد شانس دارد تا بسته به این که هنگام رُمبیدن در چه حالتی است، از هر کدام از فیلترها عبور کند. فوتونی که از فیلتر عبور می‌کند یک است و دیگری صفر. این صفر و یک‌های تصادفی را می‌توان به صف کرد و در رمزنگاری استفاده نمود.
نرخ موفقیت آزمایش پائین بود. فقط ۱۰۲۴ بیت قابل استفاده با ۵۵ میلیون جفت فوتون. این عدد برای تصادفی بودن بازده سیستم کافی است ولی برای استفاده‌های عملی کافی نمی‌باشد.

رایانش کوانتومی: نتیجه رقابت آلیس و باب بر سر تصاحب فوتون، تعیین‌گر خواهد بود!
رایانش کوانتومی نوید آینده‌ای را می‌دهد که در آن فناوری بی‌نهایت سریع‌تر، کارآمدتر و ایمن‌تر خواهد بود. با این وجود، چگونگی کارکرد آن هنوز هم به طور کامل درک نشده است.

اخیراً پژوهشگرانی از دانشگاه وین و انستیتو نورشناخت کوانتومی و اطلاعات کوانتوم (که به اختصار IQOQI نامیده می‌شود) موفق به کشف یک احتمال جدید برای برقراری ارتباط کوانتومی شده‌اند که تا پیش از این ناشناخته بود: یک فوتون واحد می‌تواند هم‌زمان به عنوان فرستنده و گیرنده اطلاعات عمل کند.

مقاله‌ای که چند روز قبل توسط سه تن از فیزیکدانان در ژورنال Physical Review Letters منتشر شده، احتمال برقراری چنین ارتباطی را توضیح می‌دهد. اساس این تکنیک مبتنی بر “بر هم‌نهی کوانتومی” (Quantum superposition) می‌باشد. بر هم‌نهی کوانتومی از اصول پایه‌ای مکانیک کوانتوم است که بیان می‌دارد “ذرات کوانتومی نامشهود می‌توانند در یک لحظۀ معین در چندین مکان حضور داشته باشند”.

آلیس می‌داند که باب می‌خواهد فوتون را برای خود نگه دارد.
محققان نشان داده‌اند اگر دو نفر، آلیس و باب (دو نام معمول برای اشاره به اشیای فرضی در آزمایش‌های مربوط به رایانش کوانتومی)، در فاصله‌ای معین از یک‌دیگر قرار گرفته باشند، تنها می‌توانند از طریق یک فوتون یا هم‌دیگر ارتباط برقرار کنند. بدین مفهوم که آلیس و باب در کنترل فوتونی قرار دارند که خود در وضعیت بر هم‌نهی (حضور در چند نقطه) به سر می‌برد. این دو می‌توانند از طریق فوتون مذکور مقادیر صفر و یک را به یک‌دیگر ارسال کنند. اگر هر دو صفر و یا یک را انتخاب کنند، فوتون در اختیار آلیس قرار می‌گیرد. ولی اگر هر یک داده‌های متضاد را انتخاب نمایند (صفر و یک)، فوتون به باب خواهد رسید. از آن‌جایی که آلیس می‌داند کدام داده را برای ارسال انتخاب کرده، می‌تواند نتیجه بگیرد که باب دادۀ متضاد را در نظر گرفته (تا فوتون را تصاحب نماید).
نحوۀ آزمایش این تئوری در Science News آمده است:

محققان به منظور اثبات ممکن بودن چنین ارتباطی، فوتون‌های تکی را وارد سامانه‌ای متشکل از چندین آینه و ابزار نوری دیگر نمودند. چنین سامانه‌ای فوتون را وارد وضعیت بر هم‌نهی می‌کند، بدین معنی که فوتون را به طور هم‌زمان به دو ایستگاه متفاوت ارسال می‌نماید. این دو ایستگاه همان آلیس و باب هستند.

پژوهشگران در ادامه با تغییر دادن فاز امواج نوری (نوعی جابه‌جایی که باعث افت نمودن دره و قلۀ امواج می‌شود) توانستند فوتون را در هر یک از دو ایستگاه به یکی از دو مقدار یک و یا صفر رمزگذاری کنند. فوتون مذکور سپس از یک ایستگاه به ایستگاه مقابل فرستاده می‌شد. این فوتون در طول مسیر با خود برهم‌کنش انجام می‌داد؛ درست همانند تداخل امواج آب که ممکن است به تقویت و یا تضعیف برآیند امواج بینجامد. این تداخل بود که تعیین می‌کرد فوتون نهایی به آلیس خواهد رسید و یا نصیب باب خواهد شد.
دلیلی برای عدم کشف تکنیک فوق در گذشته وجود ندارد، شاید دانشمندان به سادگی از کنار آن عبور کرده بود‌ه‌اند. و این فقط یکی از مظاهر جادوی رایانش کوانتومی محسوب می‌شود.
96/12/10 13:13
در مرزهای علم , edge_of_science
[https://www.aparat.com/v/SmtDV]
اگر حس می­‌کنید یکی از اساسی­‌ترین باورهایتان به کل نفی شده است، این کار را امتحان کنید. در شرایط مناسب، می توان آب را تا زمانی که یخ بزند بجوشانیم. بله، همانطور که در این ویدئو می بینید، پس از گذشت چند دقیقه از جوشاندن، آب به کریستال­‌های یخی جامد تبدیل شده و اگر آن را لمس کنید سرما را حس خواهید کرد. عجیب است نه؟ چه اتفاقی در اینجا می­ افتد؟
اول بگذارید شرایط آزمایش را مرور کنیم زیرا در شرایط عادی این عمل امکان­پذیر نیست پس کتری را کنار بگذارید. همانطور که در ویدیو توضیح داده می­ شود، شما به یک محفظۀ فشار مجهز به یک پمپ خلا که هوا را از داخل آن بیرون بکشد نیاز دارید. نمک بی­ آب منیزیم سولفات و یک بطری آغشته به کلسیم در انتهای محفظه قرار داده شده است. این دو ماده به منظور تسهیل فرایند جوشیدن-یخ­زدن استفاده نمی­ شوند بلکه به منظور جذب بخار آب بکار می­ روند تا فشار محفظه دچار نوسان نشود.
چند تکه کلسیت جامد نیز به آب اضافه می­ شود که بر دمای آب تاثیری نگذاشته اما جوشیدن آب را تسهیل می ­بخشد. حال همه­ چیز آماده است. داخل محفظۀ فشار آب را با بالابردن دما نمی ­جوشانیم بلکه قرار است با کاهش فشار محیط این کار را انجام دهیم. همانطور که در ویدیو توضیح داده می­ شود، نقطۀ جوش یک مایع به فشار و دما بستگی دارد و هرچه مایع گرمتر شود، فشار تبخیر بیشتر می­ شود.
در ۱۰۰ درجۀ سانتیگراد(نقطه­ جوش آب)، فشار تبخیر ۱ اتمسفر یا ۰٫۱۰۱۳۲۵ مگاپاسکال است. در این دما، آب شروع به تبخیر کرده و از حالت مایع به بخار تبدیل می­ شود. فشار بخار آب در دمای اتاق بسیار پایین است به همین دلیل آب در دمای اتاق پایدار بوده و نمی­جوشد. با استفاده از این اصول، می­ توان آبی با دمای اتاق در محفظۀ فشار قرار داده و شروع به مکش هوای درون محفظه کنید(فشار نیز کمتر می ­شود) و پس از چند دقیقه، دمای جوش آب کمتر از دمای اتاق شده و می ­توانید بدون هیچ گرمایی آب را بجوشانید.

کودی(شخص در ویدیو)در این باره می­گوید: «به صورت نظری، اگر من همینطور فشار را پایین‌تر بیاورم، آب به جوشیدن ادامه داده و گرما از دست می­ دهد زیرا مولکول‌­های داغ­ شدۀ آب به این سو و آن سو حرکت کرده و به گاز تبدیل می­ شوند و مولکول­‌های سردتر در ظرف باقی می مانند.» می ­توان در ویدیو بالا دید که در ادامه، آب دمای خود را از دست داده و به نقطه انجماد می ­رسد. گروه فیزیک دانشکده هاروارد-وست­لیک اینگونه توضیح می­ دهد که وقتی شما آب را پایین ­آوردن فشار هوا می­ جوشانید، مولکول­‌های مایعی که باقی می­ مانند به مولکول­‌های تبدیل­ شده به گاز انرژی منتقل می­ کنند.
این گروه در این باره اظهار داشتند: «مشخصا مولکول­‌های تبدیل­ شده به گاز انرژی جنبشی بیشتری دارند. بنابراین با پیشرفت فرایند جوشیدن، آب بطور مداوم گرما از دست می­‌دهد. با کاهش مداوم فشار محیط،خلا ایجادشده از تجمع مولکول­‌های گازی آب جلوگیری کرده و فرایند جوشیدن آب ادامه می­ یابد. در نهایت، دمای مایع آنقدر پایین می­ آید تا به نقطۀ انجماد برسد.» حال متوجه شدید. ویدیوی بالا را نگاه کنید که ببینید کودی چگونه این کار را انجام داده و حتی قادر به بیرون آوردن ماده نهایی از ظرف نیست. فیزیک، علم بی­ نظیری است.
3
1
1
96/10/29 18:51
گروه کاتی صنعت , katigroup
فیزیکدانان برای نخستین بار موفق شدند زمانی که اتم ها در حال ورود به حالت گربه شرودینگر هستند، با جزئیاتی دقیق از آنها فیلمبرداری کنند و نشان دهند حضور همزمان در دو حالت کاملا متفاوت در مقیاس اتمی چگونه‌ است.



حالت های گربه شرودینگر,گربه شرودینگر

این تصاویر زمینه ایجاد اولین فیلم استاپ‌ موشن از حالت گربه ای اتم ها را فراهم کرد



محققان با استفاده از تکنیکی جدید توانستند جزئیات این رویداد را با دقتی برابر ۰٫۳ انگستروم، یا کمتر از پهنای یک اتم، در زمانی به کوتاهی ۳۰ میلیونیوم از یک میلیاردم ثانیه ثبت کنند. این تصاویر زمینه ایجاد اولین فیلم استاپ‌ موشن از حالت گربه ای اتم ها را فراهم کرد. گربه شرودینگر آزمایشی فیزیکی است که در سال ۱۹۳۵ توسط فیزیکدانی اتریشی به نام اروین شرودینگر مطرح شد که بر اساس آن گربه ای به صورت فرضی درون یک جعبه حاوی مواد منفجره قرار داده می‌شود که احتمال انفجار یا منفجر نشدن آنها پس از بسته شدن در جعبه ۵۰-۵۰ است. از آنجایی که این جعبه نیز به صورت فرضی ضد‌انفجار است، تا زمانی که در جعبه باز نشود کسی متوجه نمی‌شود که آیا انفجاری رخ داده و گربه کشته شده است یا خیر. این به آن معنی است که گربه به صورت همزمان دارای دو حالت مرده و زنده‌ است.



آنچه این سناریوی گیج کننده فرضی را پیچیده تر می کند این است که تا زمانی که در این جعبه فرضی بسته باشد، گربه در حالتی به نام برهم‌نهی قرار دارد، یعنی هم مرده‌است و هم زنده زیرا گربه باید در یکی از این دو حالت باشد و نمی‌تواند در هیچ یک از این دو حالت نباشد. اگرچه شرودینگر این فرضیه را با هدف ژرف‌اندیشی درباره طبیعت حقیقت در جهان هستی و نمایش عجیب بودن مکانیک کوانتوم مطرح کرده‌ بود، فیزیکدانان در چند دهه بعد دریافتند که اتم‌ها می‌توانند نسخه واقعی گربه شرودینگر را به نمایش بگذارند.



فیزیکدانان موسسه ملی فناوری‌ و استاندارد در سال ۲۰۰۵ توانستند با موفقیت حالت گربه شرودینگر را در آزمایشگاه ایجاد کنند، در این آزمایش ۶ اتم همزمان در حالت چرخش رو به بالا و چرخش رو به پایین قرار گرفتند، مانند اینکه اتم ها همزمان چرخشی ساعتگرد و پادساعتگرد داشته باشند. اصول این آزمایش پایه‌های ابتدایی کامپیوترهای کوانتومی را شکل داده و اگر چه فیزیکدانان در قرار دادن اتم‌ها در وضعیت برهم نهی تبحر زیادی به دست آورده‌اند، تاکنون کسی موفق به تصویربرداری از این رویداد نشده‌ بود. برای دستیابی به چنین تصاویری، گروهی از فیزیکدانان دانشگاه استنفورد و شتاب‌ دهنده ملی SLAC یک مولکول دو اتمی از ید ایجاد کردند.



تصویربرداری از گربه شرودینگر,تصاویر گربه شرودینگر

اولین و دقیق ترین فیلم پرتو ایکس جهان از مکانیزم داخلی یک مولکول ایجاد شد



دانشمندان این مولکول را با لیزر هدف گرفتند و لیزر باعث شد مولکول انفجارهای کوتاه پرانرژی را به خود جذب کند و به این شکل مولکول به دو نسخه برانگیخته و منفعل تفکیک شد. زمانی که این مولکول تفکیک شده توسط پرتو لیزری دیگری هدف قرار گرفت، ذرات نور یا همان فوتون‌ها از هر دو نسخه مولکول پراکنده شده و دوباره متراکم شدند تا هولوگرامی از جنس لیزر از این عملیات ایجاد کنند.



محققان این آزمایش را بارها و بارها تکرار کردند و توانستند مجموعه‌ای از تصاویر پرتو ایکس را از آن ثبت کنند تا به این شکل اولین و دقیق ترین فیلم پرتو ایکس جهان از مکانیزم داخلی یک مولکول ایجاد شود. فیزیکدانان نه‌ تنها توانستند از رفتار یک مولکول ید در جزئیاتی دقیق تصویربرداری کنند، بلکه می‌گویند تکنیک تصویربرداری که ایجاد کرده‌اند می‌تواند در داده‌های به دست آمده از آزمایش‌های پیشین نیز به کار گرفته شود.



منبع: bigbangpage.com - gizmodo.com
96/10/18 15:21
استاد  سلام , ostadsalam
96/09/6 10:55
گروه کاتی صنعت , katigroup
کشف ذرات بنیادی جدید به واسطه‌ی شتاب‌دهنده‌های سریع‌تر، مفهوم جدیدی به فیزیک نوین بخشیده است. این مفاهیم به کشف اسرار کیهان کمک می‌کنند و به کمک فناوری و صنایع جدید می‌آیند.

از اواسط قرن بیستم، فیزیک‌دان‌های کوانتومی به تجزیه‌ی نظریه‌ی یکپارچه‌ی فیزیکی که بر اساس نظریه‌ی انیشتین ارائه شده بود، پرداختند. فیزیک بزرگ بر اساس جاذبه تعریف می‌شد؛ اما تنها فیزیک کوانتومی قادر به توصیف مشاهدات در سطح کوچک بود. در نتیجه کشمکش تئوری بین جاذبه و سه نیروی اصلی دیگر ادامه یافت و فیزیک‌دان‌ها تلاش کردند جاذبه یا فیزیکی کوانتوم را برای استنتاج نیروهای دیگر توسعه دهند.

اندازه‌گیری‌های اخیر شتاب‌دهنده‌ی هادرونی بزرگ ناسازگاری‌هایی نسبت به پیشگویی‌های مدل استاندارد نشان می‌دهد که می‌توانند حوزه‌های کاملا جدیدی از بنیان جهان را با فیزیک کوانتومی توصیف کند. اگرچه برای اثبات این ناهنجاری‌ها نیاز به تست‌های تکراری است؛ اما یک اثبات می‌تواند نقطه‌ی بازگشتی در اغلب توصیف‌های اساسی فیزیک ذرات تا این تاریخ به شمار برود.

تصویر 1

بر اساس پیشگویی‌های مدل استاندارد فرکانس، فیزیک کوانتومی در بررسی‌های جدید نشان می‌دهد مزون‌ها به ذرات کائون و میون تجزیه نمی‌شوند. به عقیده‌ی پژوهشگرها، افزایش توان شتاب‌دهنده‌ی هادرونی بزرگ (LHC) یک نوع جدید ذره را آشکار می‌کند؛ ذره‌ای که علت این ناسازگاری به شمار می‌رود. اگرچه خطای داده‌ای یا تئوری می‌تواند دلیل این ناسازگاری باشد ، LHC به جای کشف یک ذره‌ی جدید، می‌تواند اثباتی را برای پروژه‌های مختلف در فیزیک جدید ارائه دهد.

مدل استاندارد
مدل استاندارد یک نظریه‌ی بنیادی فیزیک کوانتومی است که به توصیف سه نیرو از چهار نیروی بنیادی می‌پردازد که بر واقعیت فیزیک حاکم هستند. ذرات کوانتومی در دو دسته‌ی اصلی کوارک‌ها و لپتون‌ها ظاهر می‌شوند. کوارک‌ها در ترکیب‌های مختلف برای ساخت ذراتی مثل پروتون و نوترون به یکدیگر می‌پیوندند. پروتون‌ها، نوترون‌ها و الکترون‌ها هم ذرات سازنده‌ی اتم‌ها هستند.

اندازه‌گیری‌های اخیر، ناسازگاری‌هایی نسبت به پیشگویی‌های مدل استاندارد نشان می‌دهند
گروه لپتون شامل نسخه‌های سنگین‌تر الکترون، مثل میون‌ است و کوارک‌ها هم می‌توانند برای تشکیل صدها ذره‌ی ترکیبی دیگر به یکدیگر وصل شوند. دو ذره‌ی مزون‌های کائون و بوتوم ، دلایل این راز کوانتومی هستند. مزون بوتوم (B) به مزون کائون (K) تجزیه می‌شود که با ذره‌ی موئون (mu-) و آنتی موئون (mu+) همراه است.

ناهنجاری
به گفته‌ی پروفسور اسپنسر کلین، محقق ارشد آزمایشگاه ملی برکلی لاورنس، یک واریانس سیگمای ۲.۵ یا احتمال یک در هشتاد به دست آمده و به این معنی است که در نبود اثرات غیر قابل انتظار، از جمله فیزیک جدید، توزیعی با انحراف بیشتر از حد تصور ۱.۲۵ درصد مواقع رخ خواهد داد.

این یافته نشان می‌دهد فرکانس مزون‌هایی که در تست‌های برخورد پروتون LHC به کوارک‌های عجیب تجزیه می‌شوند، زیر فرکانس قابل پیش‌بینی است. کلین می‌گوید:

تنش اصلی اینجا است که با یک سیگمای ۲.۵ یا انحراف استاندارد از نرخ تجزیه‌ی نرمال، داده‌ها و نظریه زیر سطح استاندارد قرار می‌گیرند یا حتی نشان‌دهنده‌ی چیزی فراتر از مدل استاندارد هستند.
LHC تاکنون به صدها نتیجه رسیده است. از نظر آماری بعضی از نتایج، نوسان‌های سیگما ۲.۵ را نشان می‌دهند. به گفته‌ی کلین، فیزیکدان‌ها بر اساس ۱ در ۳۵ میلیون نوسان، قبل از هر اتفاقی باید منتظر سیگما ۵ باشند.



تصویر ۲

این مشاهدات ناهنجار در خلأ وجود ندارند. به‌گفته‌ی دکتر تیونگ یو، یکی از مؤلفان این بررسی و پژوهشگر فیزیک تئوری کالج کایوس و گونویل، دانشگاه کمبریج:

جنبه‌ی جذاب این دو ذره، هماهنگی آن‌ها با اندازه‌گیری‌های ناهنجاری در فرآیند‌های دیگر مثل مزون‌های B است که در سال‌های اخیر ایجاد شده‌اند . این اندازه‌گیری‌های مستقل، دقت کمتر اما اهمیت بیشتری داشتند. شانس اندازه‌گیری این جرم‌های مختلف و انحراف آن‌ها از مدل استاندارد به یک روش سازگار، نزدیک به احتمال یک در ۱۶۰۰۰ یا ۴ سیگما است.
توسعه‌ی مدل استاندارد
به جز خطاهای تئوری یا آماری، تیوونگ شک دارد که ناهنجاری‌ها بتوانند وجود ذرات جدید موسوم به لپتوکوارک‌ها یا ذرات زد پرایم را پوشش دهند. در مزون‌های بوتوم، برانگیختگی‌های کوانتومی ذرات جدید ممکن است با فرکانس تجزیه‌ی نرمال در تداخل باشد. محققان در این مطالعه نتیجه می‌گیرند که یک LHC ارتقاءیافته می‌تواند تأییدی برای وجود ذرات جدید باشد، این ذرات یک به‌روزرسانی عمده در مدل استاندارد ایجاد خواهند کرد. تیوونگ اظهار می‌کند:

درک بنیادی ما از جهان متحول خواهد شد. این کشف برای فیزیک ذرات به این معنی است که به یک لایه‌ی دیگر از طبیعت دست خواهیم یافت و به سفر اکتشافی خود برای بنیادی‌ترین بلوک‌های سازنده ادامه خواهیم داد. این نتیجه به کشف مفاهیمی در مورد کیهان‌شناسی کمک می‌کند زیرا به تئوری‌های بنیادی ما برای درک جهان وابسته است. تعامل بین کیهان‌شناسی و فیزیک ذرات در گذشته بسیار ثمربخش بوده است. ممکن است ماده‌ی تاریک هم وابسته به فیزیک جدیدی باشد لپتوکوارک یا زد پرایم در آن تعبیه شده‌اند، در نتیجه می توانیم نشانه‌هایی برای کشف آن پیدا کنیم.
قدرت دانش
تاکنون دانشمندان LHC، در سطوح بالاتر انرژی، شاهد تکاپوها و ناهنجاری‌هایی در ذرات بوده‌اند. به گفته‌ی تیونگ:

برای اثبات وجود این ذرات، دانشمندان باید به اثبات نشانه‌های غیر مستقیم بپردازند و این یعنی باید تا جمع‌آوری نتایج آزمایش LHCb در رابطه با تجزیه‌ی B و اندازه‌گیری‌های دقیق‌تر صبر کنند. البته ما یک اثبات مستقل را هم با یک آزمایش دیگر به نام Belle II انجام می‌دهیم که در چند سال آینده به‌صورت آنلاین در دسترس خواهد بود. در صورتی که اندازه‌گیری تجزیه‌ی B باز هم در تضاد با پیشگویی‌های مدل استاندارد باشد، می‌توانیم مطمئن شویم که چیزی فراتر از مدل استاندارد مسئول این اتفاق است و به‌عنوان توجیه این مسئله به لپتوکوارک‌ها یا زد پرایم اشاره کنیم.
هدف فیزیک‌دان‌ها برای اثبات وجود این ذرات، تولید ذرات در شتاب‌دهنده‌ها و نظارت بر تجزیه‌ی آن‌ها است، این روش مشابه تولید هیگ بوسون‌ها و بوتوم مزون‌ها است. تیوونگ می‌گوید

باید قادر به دیدن لپتوکوارک‌ها یا زد پرایم از برخوردهای LHC باشیم. این که تاکنون نتوانستیم این ذرات عجیب را در LHC ببینیم به این معنی است که ذرات بسیار سنگین هستند و به انرژی بیشتری برای تولید آن‌ها نیاز داریم. این نتیجه همان تخمینی است که در مقاله‌ی خود به دست آوردیم: امکان کشف مستقیم ذرات لپتوکوارک یا زد پرایم در شتاب‌دهنده‌های آینده با انرژی بالاتر.
جهش کوانتومی برای LHC
جست‌وجوی ذرات جدید در LHC بازی انتظار نیست. احتمال مشاهده‌ی پدیده‌ی جدید وابسته به تعداد ذرات جدید در برخوردها است. به گفته‌ی تیونگ هرچقدر ذرات بیشتری ظاهر شوند، احتمال مشاهده‌ی ذرات در رویدادهای پس‌زمینه‌ی آن برخوردها بالاتر می‌رود. او یافتن ذرات جدید را به جستجوی سوزن در انبار کاه تشبیه می‌کند؛ اگر انبار کاه پر از سوزن باشد یافتن سوزن آسان‌تر می‌شود. نسبت تولید هم به جرم ذره و پیوند ذرات وابسته است: ذرات سنگین‌تر به انرژی بیشتری برای تولید نیاز دارند.



تصویر 3

به همین دلیل تیوونگ و همکاران او آلاناخ و بن گریپیوس ، توسعه‌ی طول حلقه‌ی LHC را پیشنهاد می‌دهند که منجر به کاهش توان مغناطیسی مورد نیاز برای شتاب دادن به ذرات یا جایگذاری آهن‌رباهای فعلی با آهنرباهای قوی‌تر می‌شود.

به گفته‌ی تیوونگ، آزمایشگاه CERN تا اواسط دهه‌ی ۲۰۳۰ با تنظیمات فعلی به راه‌اندازی LHC خواهد پرداخت. سپس آهنرباهای LHC را ارتقاء می‌دهند و به این صورت استحکام آن دوبرابر خواهد شد. علاوه بر آهنرباهای قدرتمند، تونل هم از ۲۷ کیلومتر به ۱۰۰ کیلومتر (۱۷ تا ۶۲ مایل) توسعه خواهد یافت. تیوونگ معتقد است که:

اثر ترکیبی هفت برابر انرژی بیشتری نسبت به LHC خواهد داشت. مقیاس زمانی برای تکمیل این فرآیند حداقل تا دهه‌ی ۲۰۴۰ به طول خواهد انجامید، زیرا پیش‌بینی‌های معنادار برای آن بسیار زود خواهد بود.
اگر ناهنجاری‌های لپتوکوارک یا زدپرایم ثابت شوند، مدل استاندارد نیاز به تغییر خواهد داشت. به گفته‌ی تیونگ این احتمال وجود دارد که تغییر مقیاس‌های انرژی به‌طور مستقیم در دسترس نسل بعدی شتاب‌دهنده‌ها قرار بگیرد و همین نتیجه‌ی تضمینی برای پاسخگویی به سؤال‌ها خواهد بود. با اینکه ماده‌ی تاریک ربطی به فیزیک لپتوکوارک‌ها یا زدپرایم‌ها ندارد، بهترین کاری که می‌توان انجام داد جستجوی تعداد اندازه‌گیری‌های ناهنجاری در شتاب‌دهنده‌ها، آزمایش‌های کوچکتر فیزیک ذرات، جستجوهای ماده‌ی تاریک یا مشاهدات اخترفیزیکی و کیهان‌شناسی برای پاسخ به این سوال است. سپس می‌توان ارتباطی بین ناهنجاری‌ها ایجاد کرد و این ارتباط بر اساس یک نظریه شکل می‌گیرد.