كيف تقيس نغمة الذرة دون أن تسمع الضجيج؟ ✛ ✎

الأصل: "Magnetic-Field-Calibration-Free Determination of the Hyperfine Constant $$A$$ in Ultracold Fermi gases of $$^{40}$$K"

· Yajing Yang, Biao Shan, Yuhang Zhao, Jiahui Shen, Zhuxiong Ye, Liangchao Chen, Zengming Meng, Pengjun Wang, Wei Han, Jing Zhang, Lianghui Huang

arXiv:2609.02572v1 · 2026-09-02 · arXiv non-exclusive · تحليل مستقل · 1 دقيقة

الغازات الكمومية فيزياء ذرية

علماء قاسوا خاصية مهمة لذرة البوتاسيوم-40 بدقة 2 هرتز، دون أن يتشتتوا بالمجال المغناطيسي.

عند ضبط العود، يضرب العازف الوتر ويستمع إلى نغمته. لكن إذا كان هناك ضجيج بناء قريب، يصعب سماع الصوت النقي. للذرة أيضًا "نغمة" خاصة بها، وهي التردد الذي تمتص به الضوء أو تصدره. بالنسبة للبوتاسيوم-40، لم يتمكنوا لفترة طويلة من قياس هذه النغمة بدقة بسبب تداخل المجال المغناطيسي: فهو يزيح التردد، تمامًا كما يخفي ضجيج البناء صوت الوتر.

ابتكر الفيزيائيون طريقة ذكية: بدلاً من محاربة الضجيج، اختاروا انتقالين لا يتأثران تقريبًا بالمجال المغناطيسي. الأمر يشبه عازفًا يعزف على وتر لا يسمع ضجيج البناء. بقياس ترددات هذين الانتقالين والفرق بينهما، يمكن حساب الثابتة المطلوبة دون معرفة قيمة المجال إطلاقًا.

البوتاسيوم-40 نظير نادر: من بين مليون ذرة بوتاسيوم، هناك 117 ذرة فقط من هذا النظير. لذلك يتطلب التجربة تخصيب البوتاسيوم.

ونتيجة لذلك، حصلوا على قيمة ثابتة البنية فائقة الدقة A = −h × 285.730536(2) ميجاهرتز. سابقًا كانت دقتها 2.4 كيلوهرتز، أما الآن فهي 2 هرتز. الأمر كما لو أن العازف سمع أخيرًا النغمة النقية للوتر دون تشويش. الآن يمكن استخدام هذه النغمة كمرجع لضبط الآلات الأخرى، أي لمعايرة المجالات المغناطيسية ودراسة تفاعلات الذرات.

الرسم كاملاً →

الوفرة الطبيعية لـ 40K تبلغ 0.0117% فقط، أي من بين مليون ذرة بوتاسيوم، هناك 117 ذرة فقط من هذا النظير. للحصول على ملايين الذرات للتجربة، يلزم استخدام إثراء مكلف.

A = -2\hbar \omega_0 \sqrt{\frac{1 - M^2}{(2I+1)^2 - M^2}}

يُحسب A من متوسط تردد التحولين والنسبة M التي تعتمد على فرق الترددات وعوامل g؛ ويُستبعد المجال المغناطيسي.

المفاهيم

قاعدة فيرمي الذهبية قياس مغناطيسي عالي الدقة كلفن درجة حرارة كوري مستشعر المجال المغناطيسي

أنا المؤلف

كيف تقيس نغمة الذرة دون أن تسمع الضجيج؟ ✛ ✎