فیزیکدانان اولین اندازه گیری «بازتاب زمان» را در مایکروویو انجام دادند

فیزیکدانان در ایالات متحده اثری را مشاهده کرده اند برای اولین بار به عنوان بازتاب زمانی در یک موج الکترومغناطیسی شناخته می شود. آنها این پدیده - همتای زمانی بازتاب فضایی آشنا - را با تغییر سریع یک سری خازن در نوع جدیدی از فراماده شناسایی کردند. آنها می گویند که نتیجه می تواند ارتباطات بی سیم را بهبود بخشد و در نهایت به ایجاد محاسبات نوری که مدت ها به دنبال آن بوده است کمک کند.

بازتاب روزمره شامل تبدیل یک بسته موج زمانی است که با یک رابط در یک منطقه مجزا از فضا برخورد می کند. این فرآیند نظم زمانی را حفظ می کند، به طوری که بخش اصلی موج فرود پس از بازتاب جلوتر باقی می ماند. این بدان معنی است که اشیاء دورتر از آینه در بازتاب دورتر به نظر می رسند، در حالی که صداها در یک پژواک به همان ترتیبی که ساطع شده اند بازمی گردند.

بازتاب زمان در عوض شامل تغییر شکل یک بسته موج در نتیجه یک تغییر ناگهانی در زمان است که به طور یکسان در سراسر رسانه ای که در حال عبور است اعمال می شود. به عبارت دیگر، ماده مورد نظر تغییر ناگهانی در خواص خود را تجربه می کند. این باعث می شود که موج به گونه ای تغییر جهت دهد که لبه انتهایی آن قبل از بازتاب اکنون در جلو باشد. اشیایی که در دنیای واقعی به آینه نزدیک ترند، در بازتاب به دورتر نگاه می کنند، در حالی که برای یک اکو آخرین صدای منتشر شده اولین صدایی است که بازمی گردد.

این دو فرآیند مقادیر متفاوتی را حفظ می کنند. موجی که از یک جسم پرتاب می‌شود، در حالی که فرکانس آن حفظ می‌شود، تکانه به آن جسم منتقل می‌کند. در مقابل، موجی که در زمان بازتاب می‌شود باید حرکت را حفظ کند و باعث تغییر در سرعت نوسان (فرکانس آن) شود. به عبارت دیگر، موج منعکس شده شکل خود را حفظ می کند اما در زمان کشیده می شود.

تا به امروز، دانشمندان تنها چنین بازتاب های زمانی را در امواج آب مشاهده کرده اند. مشاهده همین چیز در تابش الکترومغناطیسی به دلیل فرکانس بالای امواج پیچیده است. این ترفند شامل توانایی تغییر ضریب شکست یک ماده با سرعت کافی بالا - زمان بسیار کمتری نسبت به دوره موج - و با کنتراست به اندازه کافی عالی است تا اثری قابل اندازه‌گیری ایجاد کند.

زمان تأمل

آندریا آلو و همکارانش در دانشگاه سیتی نیویورک اکنون با ابداع نوع جدیدی از فراماده موفق به انجام این کار شده اند. فرامواد دارای خواص الکترومغناطیسی خیره کننده ای هستند که به لطف تعداد زیادی از ساختارهای مهندسی شده ریز و دقیقاً مرتب شده اند.

ماده مورد نظر شامل یک نوار فلزی به طول 6 متر است که به عنوان یک مایکروویو هدایت کننده موج می باشد که 20 بار به جلو و عقب می رود و دستگاهی به طول 30 سانتی متر را تشکیل می دهد.². XNUMX مدار خازنی در فواصل منظم در طول نوار قرار می گیرند، اما توسط کلیدها از آن جدا می شوند. ایده این است که یک قطار از پالس‌های مایکروویو تزریق شود و سپس همه مدارها را همزمان روشن یا خاموش کنیم، در حالی که پالس‌ها در امتداد نوار در حال انتقال هستند - که باعث تغییر ناگهانی در ضریب شکست موثر و امپدانس فراماده می‌شود. این تغییر ناگهانی به طور موقت سیگنال مایکروویو را منعکس می کند.

آلو و همکارانش توانستند ضریب شکست را در مدت زمان بسیار کمتری نسبت به موج برای تکمیل یک نوسان، دوبرابر (یا نصف کنند)، به لطف مدار سوئیچینگ خود که یک برش کوتاه در طول موجبر مار می‌کشد. آنها با تزریق سیگنالی متشکل از دو قله نابرابر قوی و سپس اتصال مدارهای خازنی، دریافتند که بخشی از سیگنال با پیک‌ها به ترتیب معکوس به درگاه ورودی بازگشته و در زمان کشیده شده است - درست همانطور که برای مدتی انتظار می‌رود. -موج منعکس شده بقیه سیگنال در عوض با دو قله به ترتیب اولیه خود به پورت بازگشت و از انتهای فراماده منعکس شد.

به گفته آلو، ماهیت آنالوگ این مکانیسم معکوس زمانی می تواند به تعدادی کاربرد منجر شود. به عنوان مثال، او می گوید، ممکن است برای مبارزه با اعوجاج در یک کانال داده بی سیم استفاده شود. چنین اعوجاجی اغلب توسط یک ایستگاه گیرنده تخمین زده می شود که سیگنال های شناخته شده را با مشخصات زمانی معکوس به فرستنده ارسال می کند. اما این معمولاً شامل دیجیتالی کردن سیگنال ها می شود. با توجه به اینکه بازتاب‌های زمانی کاملاً آنالوگ هستند، او می‌گوید که استفاده از آنها می‌تواند در زمان، انرژی و حافظه صرفه‌جویی کند.

مهندسان رادیو ممکن است بگویند که ابزار جدیدی در جعبه ابزار خود دارند

سیمون زانوتو

او می‌گوید در بلندمدت، این طرح ممکن است در نسل جدیدی از کامپیوترهای نوری آنالوگ استفاده شود. همانطور که او اشاره می کند، زمان و انرژی در رایانه های فعلی به دلیل نیاز به تبدیل سیگنال های الکتریکی آنالوگ به و از دامنه دیجیتال قربانی می شود. اما به نظر می رسد که یکی از انواع عملیات آنالوگ که به ویژه برای پردازش سیگنال و محاسبات مفید است، صرف فاز است - تبدیلی که زمانی رخ می دهد که امواج تحت بازتاب زمانی قرار می گیرند.

قبل از اینکه این اتفاق بیفتد، آلو و همکارانش سعی می‌کنند تا حد امکان فراماده خود را کوچک کنند. او می‌گوید که در حال حاضر روی نسخه‌ای در مقیاس تراشه کار می‌کنند که در فرکانس‌های بسیار بالاتر - در محدوده ده‌ها گیگاهرتز، به جای صدها مگاهرتز دستگاه فعلی آنها کار می‌کند. او می‌گوید که آنها ممکن است به تراهرتز و فراتر از آن برسند، اگرچه در آن نقطه باید از پالس‌های لیزری به جای سوئیچ‌های الکتریکی استفاده کنند.

کریستال های زمان: جستجو برای مرحله جدیدی از ماده

چن شن از دانشگاه روآن در ایالات متحده، که با این کار درگیر نبود، بر این باور است که توانایی کنترل طیف امواج رادیویی می‌تواند کاربردهایی مانند تصویربرداری پزشکی معکوس زمانی، پنهان‌سازی زمانی (همتای پنهان‌کاری فضایی) و کانال تخمین بهتر را فعال کند. اعداد در ارتباطات بی سیم او می‌گوید: «این تظاهرات نشان می‌دهد که مدولاسیون زمان می‌تواند به عنوان یک عنصر جدید برای دستکاری امواج اضافه شود.

سیمون زانوتو از Scuola Normale Superiore در پیزا، ایتالیا، موافق است. او می گوید: «مهندسین رادیو ممکن است بگویند که ابزار جدیدی در جعبه ابزار خود دارند. "ابزاری که اصل عملکرد آن به خوبی درک شده است و احتمالاً بر اساس نیازهای آنها قابل تنظیم است."

این تحقیق در منتشر شده است فیزیک طبیعت.

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• پلاتوبلاک چین. Web3 Metaverse Intelligence. دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/physicists-perform-first-ever-measurement-of-time-reflection-in-microwaves/