परमाणु रेडियो - पहला संगीतमय प्रसारण

संयुक्त राज्य अमेरिका के भौतिकविदों ने प्रयोगशाला में एक परमाणु रेडियो सेटअप बनाया, जो एंटेना के बजाय दो जोड़े लेज़रों द्वारा रोयडबर्ग परमाणुओं का उपयोग करता है, और एक एएम रेडियो तरंग का उपयोग करके स्टीरियो संगीत रचना का दुनिया का पहला प्रायोगिक संचरण किया।

प्रयोग सारांश

पांच साल पहले, यह साबित हो गया था कि Rydberg परमाणुओं के आधार पर विद्युत चुम्बकीय विकिरण के संवेदनशील रिसीवर बनाए जा सकते हैं।

रिडबर्ग परमाणु उत्साहित परमाणु होते हैं जिनके बाहरी इलेक्ट्रॉन अत्यधिक उच्च ऊर्जा स्तर पर होते हैं, और इस स्थिति में ये परमाणु बाहरी विद्युत क्षेत्र में कमजोर परिवर्तनों के लिए बहुत तेजी से प्रतिक्रिया करते हैं।

2019 में, एक अधिक जटिल प्रयोग पहले से ही सफलतापूर्वक पूरा हो गया था, जिसके लिए Rydberg परमाणुओं से गैस के साथ एक कंटेनर के रूप में एक विशेष प्रयोगशाला सेटअप बनाया गया था, जिसे अलग-अलग तरंग दैर्ध्य वाले दो लेजर स्रोतों द्वारा प्रकाशित किया गया था।

जब रेडियो तरंगों को कैपेसिटेंस के माध्यम से पारित किया गया था, तो Rydberg परमाणुओं के अवशोषण स्पेक्ट्रम को स्थानांतरित करना शुरू हो गया, और ये परिवर्तन लेज़रों का उपयोग करके दर्ज किए गए थे। इस प्रकार, स्थापना ने एक निश्चित आवृत्ति के एएम रेडियो तरंगों के रिसीवर के रूप में काम किया।

स्थापना के घटकों के रूप में, सीज़ियम -133 और रुबिडियम -87 परमाणुओं का उपयोग किया गया था।

इस तरह के एक सेटअप की मदद से प्राप्त सिग्नल की गुणवत्ता ऐसे प्रयोग में काफी अच्छी है।

प्रयोग का अधिक विस्तृत विवरण

जैसा कि पहले बताया गया है, Rydberg परमाणु एक अत्यधिक उत्साहित परमाणु है, जिसके बाहरी इलेक्ट्रॉन बहुत अधिक ऊर्जा स्तर तक बढ़ चुके हैं।

एक नियम के रूप में, इस स्तर की मुख्य मात्रा संख्या n ~ 100 है।

Rydberg परमाणु के गुण दृढ़ता से संख्या n पर निर्भर करते हैं:

• परमाणु का जीवनकाल तेजी से बढ़ता हुआ n के साथ बढ़ता है और n ^ 3 के समानुपाती होता है;
• द्विध्रुवीय पल n ^ 2 के रूप में बढ़ता है;
• ध्रुवीयता n ^ 7 के रूप में बढ़ जाती है।

इस प्रकार, Rydberg परमाणु जितना मजबूत होता है, उतना ही अधिक समय तक जीवित रहता है और जितनी तेजी से यह बाहरी विद्युत क्षेत्र महसूस करता है।

इसके अलावा, संख्या n वृद्धि के साथ:

• एक परमाणु का त्रिज्या (आर ~ एन ^ 6);
• दो परमाणुओं (एल ~ एन ^ 4) की बातचीत की विशेषता लंबाई।

उदाहरण के लिए , n = 1000 के साथ हाइड्रोजन परमाणु की त्रिज्या लगभग 5x10 ^ (- 2) मिमी है, और इसका जीवनकाल एक सेकंड तक पहुंच जाता है।

सैद्धांतिक रूप से, ऐसे गुण इलेक्ट्रोमैग्नेटिक तरंगों के संवेदनशील रिसीवर में Rydberg परमाणुओं को मोड़ना संभव बनाते हैं।

वास्तव में, बड़े द्विध्रुवीय क्षण के कारण, ऐसे परमाणुओं को विद्युत चुम्बकीय तरंग के साथ आने वाले विद्युत क्षेत्र में कमजोर परिवर्तनों को बहुत अच्छी तरह से महसूस करना चाहिए।

इसलिए, यदि आप लगातार परमाणु की स्थिति की निगरानी करते हैं, उदाहरण के लिए, इसे एक लेजर के साथ उजागर करते हुए, आप लहर के आयाम और उस सिग्नल को पुनर्स्थापित कर सकते हैं जो इसे वहन करता है।

सिद्धांत सिद्धांत है, लेकिन प्रयोगों की आवश्यकता है।

पहली बार, इस तरह की सुविधा (पूरी तरह से सरल परमाणु रेडियो का पहला संस्करण) बनाने का विचार 2014 में प्रस्तावित किया गया था, उसी समय क्रिस्टोफर होलोय के नेतृत्व में भौतिकविदों के एक समूह द्वारा पहला प्रयोग सफलतापूर्वक किया गया था, जो वास्तविकता में सैद्धांतिक गणना साबित करता है।



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प्रयोग डिजाइन:



स्थापना योजना:



विद्युत क्षेत्र के आयाम की मॉडलिंग:



गणना की और प्राप्त आंकड़ों की तुलना:





इस पहले प्रयोग के बाद, प्रायोगिक सेटअप में सुधार ने अपने मापदंडों में सुधार करना शुरू किया और अपनी क्षमताओं का विस्तार किया - अतिरिक्त डेटा प्राप्त करने के लिए, उदाहरण के लिए, एक परमाणु गैस पर एक रेडियो तरंग की घटना के चरण को मापना संभव था।

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प्रयोग डिजाइन:





प्राप्त डेटा:









और अब, परमाणु रेडियो के मुख्य तत्वों की खोज के बाद, यह अब और अधिक जटिल और काम करने वाले इंस्टॉलेशन को इकट्ठा करने के लिए बना हुआ है, जिसके साथ आप संगीत और रेडियो कार्यक्रम सुन सकते हैं।

और नई स्थापना में उन्होंने स्टीरियो साउंड के लिए समर्थन जोड़ा, जिनमें से विभिन्न चैनलों को एएम-रेडियो तरंगों द्वारा विभिन्न वाहक आवृत्तियों के साथ किया जाता है।

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नई स्थापना की योजना:



नए प्रयोगात्मक सेटअप का आधार Rydberg परमाणुओं से भरा एक गुहा है और विभिन्न तरंग दैर्ध्य के साथ दो लेज़रों के माध्यम से प्रेषित होता है।

लेज़रों में से एक ("बाइंडिंग") रिसीवर के परमाणुओं के सुसंगतता को सुनिश्चित करता है, और दूसरा लेजर ("प्रोबिंग") इसमें से जानकारी निकालता है।

आराम से "बाध्यकारी" लेजर के सही ट्यूनिंग के कारण, रिसीवर के परमाणु "जांच" लेजर के लिए पारदर्शी होते हैं।

इस मामले में, पारदर्शिता केवल एक संकीर्ण आवृत्ति सीमा में प्राप्त की जाती है, इसलिए "जांच" लेजर बहुत साफ होना चाहिए। यदि एक रेडियो तरंग रिसीवर से गुजरती है, तो परमाणुओं का अवशोषण स्पेक्ट्रम स्थानांतरित हो जाता है, और लेजर विकिरण अवशोषित होने लगता है।

तरंग आयाम जितना बड़ा होगा, नुकसान उतना ही अधिक होगा। इसलिए, इस तरह की गुहा एक विशिष्ट वाहक आवृत्ति के साथ एएम रेडियो तरंगों को प्राप्त करने वाले रिसीवर के रूप में कार्य करती है।

स्टीरियो साउंड के प्रभाव को प्राप्त करने के लिए, प्रयोग में, गुहा तुरंत दो प्रकार के Rydberg परमाणुओं से भर गया, जिनमें से प्रत्येक ने स्वतंत्र रूप से अपने "बाइंडिंग" और "जांच" लेजर के साथ काम किया।

सीज़ियम -133 और रुबिडियम -87, जिसे 19.623 गीगाहर्ट्ज़ की वाहक आवृत्ति और 20.644 गीगाहर्ट्ज़ की तरंगों के साथ तरंगें प्राप्त हुईं, उन्हें ऐसे परमाणुओं के रूप में चुना गया।

"जांच" लेज़रों से सिग्नल एक कंप्यूटर को खिलाया गया और मुफ्त प्रोग्राम ऑडेसिटी का उपयोग करके संसाधित किया गया।

परमाणु स्टीरियो एएम रेडियो के संचालन का परीक्षण करने के लिए, ए-माइनर में एक इंप्रोमेप्टु मेलोडी को प्रेषित किया गया था, जिसे दो गिटार (एक पिकअप के साथ इलेक्ट्रिक और ध्वनिक) पर प्रदर्शन किया गया था।

गिटार से लिए गए संकेतों को एम्पलीफायरों में भेजा गया, सिग्नल जनरेटर का उपयोग करके एक आयाम-संग्राहक रूप में परिवर्तित किया गया और दो हॉर्न एंटेना का उपयोग करके प्रसारित किया गया।

ध्वनिक गिटार सिग्नल 19.623 गीगाहर्ट्ज की आवृत्ति पर और 20.644 हर्ट्ज की आवृत्ति पर एक इलेक्ट्रिक गिटार का संकेत प्रसारित किया गया था।

दोनों हॉर्न एंटेना Rydberg परमाणुओं से भरे गुहा से लगभग 15 सेंटीमीटर की दूरी पर स्थित थे।

प्राप्त संकेत:





खंगाले गए सिग्नल की गुणवत्ता काफी स्वीकार्य निकली: मामूली हस्तक्षेप के बावजूद, एक विनाइल रिकॉर्ड की दरारों से मिलता-जुलता, संगीत बहुत स्पष्ट था।

प्राप्त सिग्नल का रिकॉर्ड यहां खुली पहुंच में पोस्ट किया गया था।

→ उसे यहाँ ऑनलाइन सुनो



इस प्रकार, संगीत पर अपने नए काम में भौतिक विज्ञानी यह दिखाने में सक्षम थे कि क्वांटम भौतिकी न केवल जटिल हो सकती है, बल्कि दिलचस्प भी हो सकती है।