محققان NIST گازهای گلخانه ای را در طول خورشید گرفتگی اندازه گیری می کنند

تحقیقات انجام شده در NIST بیش از یک اندازه گیری یا یک محاسبه ساده است.

چه محققان از یک ابزار آزمایشی منحصربفرد برای تقلید لحظات آنی که در کسری از ثانیه اتفاق می‌افتند استفاده می‌کنند یا گازهای گلخانه‌ای را در طی یک رویداد نادر نظارت می‌کنند، کار انجام‌شده در اینجا با کاربردهای دنیای واقعی ارتباط دارد.

برخی از اتفاقاتی که در NIST طی چند ماه گذشته رخ داده است را از طریق لنز بررسی کنید رسانه های اجتماعی.

نوار متوسط ​​شما نیست: آزمایش مواد تحت نیرو با سرعت بالا

این ابزار آزمایشی دراز که اولین در نوع خود در جهان است، مواد را در کسری از ثانیه تحت دو شرایط شدید قرار می دهد و به سرعت آنها را گرم می کند و همزمان نیرو اعمال می کند. این یک نسخه اصلاح شده از یک نوار کلسکی است، ابزاری که ریشه آن به اوایل قرن بیستم بازمی‌گردد.

میله Kolsky با مجموعه ای طولانی از استوانه های فولادی همانطور که در اینجا نشان داده شده است تنظیم شده است. یک نمونه بین آنها قرار می گیرد. میله های فلزی نازک از یک طرف داخل سیلندر قرار دارند. هنگامی که یک سر را با پرتابه ای که توسط گاز نیتروژن به حرکت در می آید ضربه می زنیم، موج فشاری ایجاد می کند که با سرعت صوت در فولاد (بسیار سریعتر از گلوله) از میان میله ها حرکت می کند و به نمونه برخورد می کند.

نوار Kolsky NIST طوری طراحی شده بود که نمونه را قبل از برخورد موج فشار به سرعت گرم کند. این بدان معناست که ما می توانیم روی مواد اندازه گیری کنیم زیرا آنها در حال ضعیف شدن یا تغییر ساختار در سطح مولکولی (ریزساختار) از گرما هستند.

این یک نوع اندازه گیری است که قبل از اینکه NIST درگیر شود، هرگز در جای دیگری در جهان انجام نشده بود.

اما چرا این مواد را به این سرعت از طریق چرخ گیر قرار می دهیم؟ این به این دلیل است که برخی از لحظات مهم زندگی در کسری از ثانیه اتفاق می‌افتند – تصادفات اتومبیل، فرآیندهای تولید، انفجار بمب، برخورد ورزشکاران – و ما باید بدانیم که موادی که در همه چیز از اتومبیل گرفته تا کلاه ایمنی اسپرت استفاده می کنیم در آن لحظات کوتاه چگونه عمل می کنند.

این امر به ویژه در مورد محصولات ساخته شده از طریق تولید افزودنی، همچنین به عنوان پرینت سه بعدی شناخته می شود، فرآیند ساخت یک شکل از ابتدا، یک لایه مواد در یک زمان، صادق است. این یک فرآیند نسبتاً جدید برای ایجاد قطعاتی است که به عنوان مثال در یک ماشین قرار می گیرند.

به لطف آزمایش‌های نوار Kolsky که در NIST انجام می‌شود، می‌توانیم داده‌های مهمی را در مورد این بخش‌ها جمع‌آوری کنیم تا ببینیم چگونه در برابر شرایط شدید و دنیای واقعی مقاومت می‌کنند.

درباره برنامه بیشتر بدانید.

از شک تا باور: تاشی دنیس نسل بعدی شبکه های کوانتومی را می سازد

زمانی که دانشمند NIST تاشی دنیس برای اولین بار در دوران دانشجویی با فیزیک کوانتومی مواجه شد، تردید داشت که این فیزیک ممکن است به کاربرد عملی برسد. او نمی دانست که دهه ها بعد، در خط مقدم تلاش های NIST برای ساختن نسل بعدی کامپیوترها و شبکه های کوانتومی قرار خواهد گرفت.

مسیر تاشی به سوی تحقیقات کوانتومی بعید بود. در دبیرستان، عمویش که یک پزشک پزشکی بود، سعی کرد با دادن اشتراکی به او الهام بخشد که در یک حرفه علمی فعالیت کند. علمی آمریکایی مجله او به یاد می‌آورد که درک مقاله‌های مجله در آن زمان سخت بود، اما چند موضوع وجود داشت که واقعاً برای او جالب بود، مانند دانشمندانی که ریزماشین‌ها را از طریق فرآیندی به نام نانوساخت می‌سازند، و دستگاه‌های جدید عجیب و غریب، از جمله سیم‌های کوانتومی و نقاط. .

تاشی که شیفته آن بود، تصمیم گرفت بر روی اپتیک و لیزر در کالج تمرکز کند و آنها را به عنوان دروازه ای برای ورود به دنیای نانوساخت تلقی کرد. او پس از اخذ مدرک دکترا، به NIST پیوست و روی طیف گسترده ای از پروژه ها از استانداردهای طول موج گرفته تا تصویربرداری زیست پزشکی کار کرد. او می‌گوید: «من همیشه چیزهای کوانتومی را می‌دیدم که در اطرافم اتفاق می‌افتد، اما به نوعی آن را نادیده گرفتم. “من فکر می کردم که این فقط یک چیز فکری عجیب و غریب است که هرگز به چیزی نمی رسد.”

در سال 2019 زمانی که NIST پروژه ای را برای نشان دادن یک شبکه کوانتومی راه اندازی کرد، که راهی برای اتصال رایانه ها و دستگاه های کوانتومی است، شبیه به شبکه ای شدن رایانه های کلاسیک امروزی، تغییر کرد. پنج سال بعد، تاشی به عنوان رهبر پروژه عمل می‌کند و فناوری را برای شبکه‌سازی کامپیوترهای کوانتومی ابررسانا توسعه می‌دهد – گامی حیاتی به سوی محاسبات کوانتومی در مقیاس بزرگ.

در حالی که او اذعان می کند که این فناوری هنوز چندین دهه با استفاده گسترده فاصله دارد، او این چالش را پذیرفته است. او می گوید: “من حاضرم ریسک را بپذیرم.” من دارم نسل بعدی دانشمندان را آموزش می‌دهم، اما در کنار آن‌ها آن را یاد می‌گیرم، که آن را واقعاً هیجان‌انگیز می‌کند.»

این با تاشی جوانی که کوانتوم را به عنوان یک کنجکاوی فکری رد کرد، فاصله زیادی دارد. اما همانطور که او کشف کرده است، گاهی اوقات امیدوار کننده ترین فرصت ها در مکان هایی است که ما انتظارش را نداریم.

تجربه یک خورشید گرفتگی با علم در ذهن

بسته به جایی که در طی خورشید گرفتگی در ماه آوریل بوده اید، ممکن است شاهد اتفاقاتی باشید که هر چند وقت یکبار اتفاق می افتد. در گیترزبورگ، مریلند، پردیس ما، چند محقق NIST رویداد خورشیدی را با علم در ذهن خود تماشا کردند.

در طول روز، گیاهان تحت فتوسنتز قرار می گیرند و در طی آن نور خورشید و دی اکسید کربن یا CO را جذب می کنند₂ برای ایجاد غذا و انرژی، کاهش CO₂ غلظت در جو محلی گروهی از محققین که شامل تایلر بویل، آنا کاریون، دیوید آلن و جولیا مارس می‌شد، کنجکاو بودند که ببینند آیا حسگرهایشان هر گونه تغییر در غلظت CO را تشخیص می‌دهند یا خیر.₂ در طول یک ماه گرفتگی

برای بررسی، آنها از دو نوع سنسور مختلف استفاده کردند.

پلت فرم حسگر ارزان قیمت آنها از سه حسگر تجاری در دسترس تشکیل شده است – در ابتدا برای اندازه گیری کیفیت هوای داخلی استفاده می شد – و یک کامپیوتر تک برد که به عنوان مغز دستگاه عمل می کند. این پلت فرم در کنار گازهای مرجع با غلظت های شناخته شده کار می کند و CO آن را مقایسه می کند₂ اندازه گیری در برابر آنها

سنسور نوع دوم می تواند CO را تشخیص دهد₂ اندازه گیری با دقت بسیار بالا 0.1 قسمت در میلیون.

آیا آنها متوجه تفاوت در CO شدند؟₂ سطوح؟ پاسخ ساده بله است. محققان تجزیه و تحلیل کوتاهی انجام دادند و دریافتند که دقیقاً در نقطه ای در ساعت 3:20 بعد از ظهر، که اوج خورشید گرفتگی در گایترزبورگ بود، CO.₂ غلظت ها کمی افزایش یافت. هر سه سنسور ارزان قیمت و سنسور پرهزینه قادر به تشخیص این تغییر کوچک بودند.

در مورد اینکه این به چه معناست، تحلیل بیشتری لازم است – پس منتظر نتایج باشید