برترين دستاوردهاي علمي ۲۰۱۴

نشانه‌اي از ماده‌ي تاريک؟

با اين‌که معروف‌ترين جستجوهاي آزمايشگاهي در مورد ماده‌ي تاريک معمولاً بي‌نتيجه بوده٬ سال ۲۰۱۴ يک سيگنال واقعي در طيف اشعه‌ي ايکس کهکشان‌هاي دوردست ديده شد که تصور مي‌شود به جرم بزرگي از ماده‌ي تاريک پناه دهد. دو تلسکوپ ماهواره‌اي که يکي توسط ESA و ديگري توسط NASA به راه انداخته شده‌اند٬ خط اشعه‌ي ايکس غيرقابل توضيحي را در 3.5 kev مشاهده کردند (ببينيد: خط اشعه‌ي ايکس ممکن است نشانه‌اي از مبدا ماده‌ي تاريک باشد). اين خط طيفي از کهکشان آندرومدا و يک خوشه‌ي کهکشاني در صورت فلکي برساوش ظهور کرده بود. پژوهش‌گران بر اين باورند که اين گسيل با چيزي‌که از نوترينوهاي سترون (نامزدي براي ذرات ماده‌ي تاريک) گسيل مي‌شود توافق دارد. نوترينو‌هاي سترون وقتي به فوتون‌ها و نوترينوهاي متعارف واپاشي مي‌شوند٬ اشعه‌ي ايکس گسيل مي‌کنند. براي آزمودن تفسير ماده‌ي تاريک٬ اندازه‌گيري‌هاي بهتري از شکل اين خط اشعه‌ي ايکس نياز خواهد بود.

همچنين ببينيد: نتايج چندين جستجوي مهم درمورد ماده‌ي تاريک امسال گزارش شده است. اين جستجوها شامل آزمايش بزرگ زيرزميني زنون (ببينيد: فراز و نشيب‌هاي جستجوي ماده‌ي تاريک)٬ برخورددهنده‌ي بزرگ هادروني (ببينيد: جستجوي نامرئي‌ها در برخورددهنده‌ها) و طيف‌سنجي مغناطيسي بر روي ايستگاه فضايي بين‌المللي (ببينيد: نکات بيشتري از ماده تاريک از اشعه‌هاي کيهاني) است.

نقطه‌ي عطفي در همجوشي ليزري

پژوهش‌گراني از تاسيسات ملي احتراق و علوم فوتونيِ لارنس ليورمور٬ اخبار خوبي را گزارش داده‌اند که تلاش آن‌ها را براي به پيش راندن يک واکنش همجوشي انرژي‌زا با ليزرهاي قدرتمند نشان مي‌دهد. آن‌ها با پيش‌حرارات دادن گلوله‌ها‌ي سوختي٬ تغيير ظريفي را در روش خود ايجاد کرده‌اند که به آن‌ها اين امکان را داد تا تعداد بيشتري از واکنش‌هاي همجوشي را نسبت به آن‌چه از طرح رانش ليزري (ببينيد: نشانه‌هايي دلگرم‌کننده‌ از همجوشي) بدست آمده بود را توليد کنند. نتايج اين پژوهش نقطه‌ي عطفي در مسير ايجاد منبع انرژي همجوشي بود که انرژي بيشتري نسبت به آن‌چه براي راندن آن لازم بود را توليد مي‌کند؛ چيزي که به عقيده‌ي متخصصان براي دست يابي به آن هنوز راه درازي در پيش است.

همچنين ببينيد: تحقيقات پژوهش‌گران آزمايشگاه ملي سانديا٬ نشان‌گر وجود پيشرفتي در مسير رهيافتي مکمل به سوي همجوشي بود. در اين پژوهش به جاي ليزرها از جريان‌هاي الکتريکي استفاده کرده‌اند تا گلوله‌هاي همجوشي را فشرده سازند.

امواج گرانشي فيزيک را تکان مي‌دهد!

گزارشي توسط BICEP2 ارائه شد که نشان‌گر سيگنالي بود که مي‌توانسته توسط امواج گرانشي ناشي از مهبانگ توليد شود. اين گزارش شايد بزرگ‌ترين داستان فيزيک سال ۲۰۱۴ بوده باشد (ببينيد: بازگشت به آغاز زمان٬ سنجش نظريه‌پردازان در BICEP2). تصور مي‌شود سيگنال مشاهده شده (يک الگوي قطبش «مُد B» در تابش زمينه‌ي کيهاني) نشانه‌اي از اولين مشاهدات مستقيم از امواج گرانشي٬ اثباتي بر طبيعت کوانتومي گرانش و همچنين سنجشي جديد از نخستين لحظات زندگي کيهاني باشد. اما بررسي‌هاي موشکافانه‌ي بعدي پيشنهاد داد که يک منبع پيش‌پاافتاده‌تري (غبار کيهاني) مي‌تواند عامل بخشي و يا عامل تمام اين سيگنال باشد. انتظار مي‌رود تحليل مشترکي که توسط BICEP2 و ماهواره‌ي پلانک بر روي اثرات اين غبار انجام يافته در اوايل سال ۲۰۱۵ ظهور کند و پاياني بر همه‌ي اين بحث‌ها گردد.

نقص‌هاي مفيد سيليکوني

صنعت نيمه‌رسانا دهه‌هاي متمادي را بر روي اين موضوع صرف کرد تا از شرّ ناخالصي‌هاي سيليکوني رها شود. اما نتايج پژوهش‌ها نشان داد که يک نقص‌هاي سيليکوني در الماس ارزش نگهداري را دارند. آرمايش‌هاي گوناگون نشان داد که جاي‌خالي‌هاي سيليکوني (SiV) (که در آن‌ها يک اتم سيليکون مابين جايگاه خالي دو اتم کربن مي‌نشيند) از چنان ويژگي‌هايي برخورداراند که استفاده از آن‌ها در کاربردهاي اطلاعات کوانتومي اميدبخش بنظر مي‌رسد. پژوهشي که با همکاري پژوهش‌گراني از دانشگاه اولم آلمان و دانشگاه هاروارد انجام شده٬ نشان داده است که مي‌توان از دو مرکز SiV مجاور به منظور ايجاد تک‌فوتون‌هايي با رنگ يکسان استفاده کرد؛ گامي مهم و اساسي به سوي آماده‌سازي حالات درهم‌تنيده از نور که اساس محاسبات و رمزنگاري‌هاي کوانتومي است (ببينيد: الماس و سيليکون درهم‌تنيده مي‌شوند). همچنين يک گروه مشابه و يک تيم مستقل در دانشگاه کمبريج انگلستان ثابت کردند که اسپين مرکز SiV را مي‌توان در يک حالت کوانتومي همدوس آماده‌سازي کرد؛ چيزي که حداقلِ نياز براي استفاده از اين نقص‌ها براي رمزنگاري‌ اطلاعات کوانتومي است (ببينيد: اسپين‌هاي الماس واضح‌تر مي‌شوند).

نخستين مشاهده‌ي طيف گوي درخشان فرّار

گوي درخشان (يک پديده‌ي جوي بالقوه و خطرناک) شامل کره‌هاي درخشاني‌اند که به مدت ده‌ها ثانيه قبل از ناپديدشدن٬ بدون هيچ رد و نشاني ظاهر مي‌شوند. هرچند اين موضوع به دهه‌ها قبل باز مي‌گردد اما هنوز دانش‌مندان نمي‌دانند اين پديده چيست. در ماه ژانويه پژوهش‌گراني از دانشگاه Northwest Normal لانجوي چين٬ اولين مشاهده‌ي طيف گوي درخشان (ببينيد: اولين طيف گوي درخشان) را گزارش دادند؛ چيزي‌که به شکل تصادفي وقتي داده‌ها را از يک گوي درخشان عادي ثبت مي‌کردند بدست آمد. اين طيف٬ فرضيه‌اي‌ را پشتيباني مي‌کرد که بر اساس آن اين گوي‌هاي درخشان از يک برخورد ابر-به-زمين عادي نشات مي‌گيرند. در طي چنان برخوردي مواد معدني سيليکات موجود در خاک تبخير شده و سيليکون خالصي توليد مي‌شود که وقتي با اکسيژن واکنش مي‌دهد باعث درخشش مي‌شود.

ترانزيستورهاي تک‌فوتوني

رايانه‌اي که بر اساس فوتون‌ها ساخته مي‌شود بسيار سريع‌تر از رايانه‌هاي متعارف و سنتي که به جريان‌هاي الکتروني اتکا دارند کار مي‌کند. با اين وجود چون شدت اندرکنش فوتون‌ها به اندازه الکترون‌ها نيست٬ ساخت مولفه‌هاي مداري منطقي تمام‌نوري (شبيه ترانزيستورها) دشوار به نظر مي‌رسد. سال ۲۰۱۴ دو گروه٬ يکي در موسسه‌ي اپتيک کوانتومي ماکس پلانک و ديگري در دانشگاه اشتوتگارت که هر دو در آلمان قرار دارند٬ به شکل مستقل ترانزيستورهاي تک‌فوتوني را به اثبات رساندند (ببينيد: شروع به کار ترانزيستورهاي اپتيکي با يک فوتون). در اين طرح يک پالس نوري‌ دروازه‌‌اي شامل تنها يک فوتون٬ گذار پالس نوري ديگر را در طول يک گاز فوق‌سرد کنترل مي‌کند. اين‌ها اولين چيزي بودند که يک ترانزيستور بالاتر از يک را نتيجه دادند (يعني يک فوتون سرنوشت فوتون‌هاي بسيار را کنترل مي‌کند) که يک ويژگي مهم و حياتي در انواع کاربردها بحساب مي‌آيد.

تشخيص بيماري‌ها از طريق فيزيک آماري

فيزيک آماري شايد اولين چيزي نباشد که در زمان فکر کردن به فناوري‌هاي تشخيص بيماري‌ها به ذهن مي‌رسد. پژوهش‌گري اما از دانشگاه باسک اسپانيا نشان داد که اندازه‌گيري «آنتروپيِ» سهم يک سلول ايمن به شکل قابل اتکايي مي‌تواند در تشخيص يکي از معروف‌ترين اشکال لوسمي (لوسمي حاد ميلوئيد (AML)) بکار رود (ببينيد: تشخيص لوسمي از طريق آنتروپي). اين روش که خواص آماري سلول‌هاي بيمار را با سول‌هاي AML مقايسه مي‌کند در پاسخ به يک چالش جامعه‌محور توسعه يافته بود. اين چالشِ فراخواني براي ابزارهاي جديد بر پايه‌ي تحليل هنگردهاي بزرگ از داده‌هاي تک‌سلولي است. با ميزان موفقيت کاملي که اين فناوري بدست آورد٬ اين فناوري در رده‌ي اول قرار گرفت و اکنون در مرحله‌ي توسعه قرار دارد؛ توسعه‌اي که منجر به تمايز قائل شدن بين مراحل مختلف و زيرگروه‌هاي AML و مقابله با ساير بيماري‌ها (از آچ‌آي‌وي گرفته تا تصلب چندگانه بافت‌ها) خواهد شد.

چرا آينده را به خاطر نداريم؟

ترموديناميک مي‌گويد زمان در جهتي حرکت مي‌کند که منجر به افزايش آنتروپي شود. اما قوانين فيزيک کلاسيک کاملاً به لحاظ زماني برگشت‌پذيرند. پس چرا ادراک روان‌شناختي ما از زمان٬ در جهت يکساني با آن‌چه ترموديناميک ميگويد پيش مي‌رود؟ بر اساس يافته‌هاي دانش‌مندان در کلتک و دانشگاه کاليفرنياي جنوبي در لوس‌آنجلس٬ دليل اساسي و بنياديني وجود دارد که ما نمي‌توانيم «آينده را به ياد آوريم». آن‌ها با استفاده از يک آزمايش ذهني که بر يک قطعه‌ حافظه‌ي ساده (يک پايه‌گردان که گذر مولکو‌ل‌هاي گاز را مابين دو اتاقک ثبت مي‌کند) متکي است٬ دريافتند که حافظه‌‌اي از آينده نمي‌تواند وجود داشته باشد (ببينيد: چرا آينده را به خاطر نداريم؟). ريزترين افت‌وخيزها در رويدادهاي حاضر مي‌تواند اثرات عظيمي بر رخدادهاي آينده داشته باشد و نتيجه اين‌که اين حساسيت باعث مي‌شود تا ساخت وسيله‌اي فيزيکي براي ثبت آينده بواسطه‌ي برون‌يابي از حال حاضر غيرممکن باشد.

انجمن فیزیک ایران