الضجيج الذي يفضح الشحنة سريع
التيار المار في سلك ليس أبدًا منتظمًا تمامًا. إذا أنصتّ إليه بانتباه كافٍ، تسمع حفيفًا — ضجيج الطلقات. ينشأ لأن الشحنة لا تنتقل كتدفق متصل، بل على شكل حصص منفصلة، مثل قطرات المطر على السطح. من طبيعة هذا الضجيج يمكن معرفة مقدار الشحنة التي تحملها كل «قطرة».
قاس الفيزيائيون هذا الضجيج في تماس فائق التوصيل — جسر رفيع بين مادة فائقة التوصيل وطرف معدني. عند درجة حرارة 2.2 كلفن (أي حوالي 271 درجة مئوية تحت الصفر)، غيّروا شفافية التماس — أي مدى سهولة مرور الإلكترونات عبره. عندما كان التماس شبه مغلق، كانت الإلكترونات تقفز واحدة واحدة، وكان الضجيج يطابق شحنة إلكترون واحد. لكن عندما فُتح التماس أكثر، دخلت الانعكاسات الأندرييفية على الخط — وهي عمليات يتحول فيها الإلكترون، عند دخوله إلى المادة فائقة التوصيل، إلى زوج: إلكترون واحد يتوغل في العمق، بينما «ثقب» (مكان فارغ بشحنة موجبة) يعود أدراجه. تسمح هذه العمليات بنقل شحنة على شكل حصص مضاعفة لشحنة الإلكترون — على سبيل المثال، شحنتان في حدث واحد.
لرؤية هذا التبدل في النمط، لزم مضخم جديد قادر على التقاط ضجيج ضئيل للغاية عند تيارات منخفضة جدًا. أُجريت التجربة على سطح الرصاص Pb(111) باستخدام مجهر مسح نفقي، مما أتاح ضبط المسافة بين الطرف والعينة بدقة، وبالتالي شفافية التماس. أظهرت القياسات أنه كلما زادت الشفافية، تغير الضجيج من «أحادي الإلكترون» إلى «متعدد الشحنات»، وهو ما طابق تمامًا الحسابات النظرية لنظام أحادي القناة.
هذا النهج يحوّل الضجيج إلى أداة دقيقة. الآن، بتغيير شفافية التماس على المقياس الذري، يمكن دراسة كيفية نقل الشحنة عبر البنى المجهرية. هذا مهم للأجهزة الكمومية المستقبلية، حيث كل إلكترون له قيمته.
وُصف ضجيج الطلقات لأول مرة في عام 1918، أثناء دراسة الطلقات في الصمامات المفرغة (vacuum tubes) — ومن هنا جاء الاسم: «طلقات» من الكلمة الإنجليزية shot (طلقة، رصاصة).