공명이라는 용어는 많은 의미와 많은 의미를 가지고 있습니다. 사전은 공명을“깊고 가득 차고 잔향하는 소리의 품질”으로 정의합니다. 물리 교과서는 공명을 "표면에서 반사하거나 인접한 물체의 동기식 진동으로 소리의 강화 또는 연장"으로 정의 할 수 있습니다. 오페라 가수가 올바른 피치에 부딪히고 목소리로 유리를 산산조각 낼 때 사용되는 소리를들을 수 있습니다. 누군가가 즉시 즐길 때 사람이나 쇼와 공명한다고 말할 수 있습니다.
오디오 외에도 공명의 개념은 물리학자가 우주의 작동 방식을 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다. 그것은 보이지 않는 아 원자 입자를 발견하는 데 도움이 될 수 있습니다. 공명의 물리학을 살펴 보겠습니다. 우리가 집이라고 부르는 우주를 이해하는 데 어떻게 더 가까워 질 수 있습니까?
스핀을 위해 가져 가기
대부분의 사람들은 아 원자 입자를 고정 된 것으로 생각합니다. 진실은 정반대입니다. 우주의 모든 것을 구성하는이 작은 입자들은 끊임없이 움직이고 있습니다. 기본 입자는 회전하여 각 운동량의 형태를 생성하여 움직입니다. 스핀은 양자 역학에서 식별 한 두 가지 인식 된 각도 운동량 중 하나 일뿐입니다. 궤도 각 운동량은 다른 것입니다. 그러나 스핀에는 고전적인 상대가 없습니다. 궤도 각 운동량은 고전적 각도 운동량의 대응입니다.
아 원자 입자를 발견 할 수 있다면 반드시 상단처럼 회전하는 것은 아닙니다. 그들이 미세한 탑이라면, 우리는 아직 발견하지 못했습니다. 그들은 방향을 바꿀 수 있지만 아 원자 입자를 더 빨리 또는 느리게 회전시킬 수는 없습니다. 양자 물리학에서, 반 인트거 스핀이있는 입자를 페르 미온이라고하며, 정수 스핀을 가진 입자는 가슴이다. 이런 종류의 절반 또는 풀 다이폴 스핀은 물리학자가 공명으로 측정 할 수있는 것입니다.
전자 간의 대화
대부분의 사람들이 중성자, 양성자 및 전자에 익숙한 세 가지 기본 원자 빌딩 블록이 있습니다. 중성자와 양성자는 원자의 핵을 구성하는 반면 전자는 그 핵을 공전합니다. 이러한 원자는 또한 이온화로 알려진 과정 인 전자를 얻거나 잃어 버림으로써 전하를 발생시킬 수 있습니다. 유럽 XFEL과 Free Electron Laser Science의 센터 간의 협력은이 전자가 한 원자에서 다른 원자로 이동할 때 껍질 사이의 공간에 매달릴 수있는 사례가 있음을 발견했습니다.
이 시간은 펨토초보다 길지 않습니다. 이 간단한 일시 정지는 전자 쉘 사이에 측정 가능한 공명을 생성하기에 충분합니다. 본질적으로 전자는 서로 대화하고 있습니다. 이런 종류의 하위 원자 대화는 물리학 자들이 분광기에서 그것을 관찰 할 수있을 정도로 독특합니다. 또한 Xenon과 같은 고귀한 가스에서 관찰 한 거대한 쌍극자 공명을 측정하는 도구가되었습니다. 이 거대한 쌍극자 공명은 희토류 금속에서도 훨씬 광범위한 에너지 스펙트럼을 포함합니다. 이론적으로, 이러한 더 큰 공명 스파이크는 관찰하기가 더 쉬울 것입니다. 이 협업 까지이 독특한 종류의 아 원자 스핀을 깊이 조사 할 수있는 도구는 없었습니다.
이 연구는 또한 거대한 쌍극자 공명이 2 개 이상의 공명파로 구성 될 수 있음을 발견했습니다. 이 발견은 아 원자 입자와 그들이 만든 공명에 대해 여전히 발견 될 것이 많다는 것을 증명합니다.
아 원자 와인 유리처럼
공명은 우리가 재능있는 가수에 대해 이야기 할 때 가장 자주 언급됩니다. 가수가 와인 잔의 정확한 빈도와 일치하도록 목소리를 조작 할 수 있다면 산산이 부서 질 수 있습니다. 파괴적인 행위를 유발하려면 유리가 미세한 결함이 있거나 산산이 부서가 가능하지 않아야한다는 점에 유의해야합니다.
우주의 모든 것은 공명 주파수를 가지고 있습니다. 이론적으로, 재료의 공진 주파수를 발견하고 일치하는 주파수를 생성 할 수 있다면, 적어도 완벽한 조건에서 해당 물체를 파괴하는 데 사용할 수 있습니다. 대부분의 경우 이러한 조건은 실험실 외부에 존재하지 않으므로 잘못된 곡을 연주하고 자동차 타이어를 터뜨 리거나 집 창문을 산산조각내는 것에 대해 걱정할 필요가 없습니다.
.아 원자 입자는 평균 와인 잔보다 약간 작을 수 있지만, 그들이 만드는 공명은 매우 유사합니다. 이러한 에너지 파는 응답으로 진동하려는 시스템을 통해 움직입니다. 진동 할 수있는 모든 것이며, 각각의 피크는 공명 입자를 나타냅니다.
자기 공명으로 핵을 가고 있습니다
핵 자기 공명 (NMR)을 간단히 탐구하지 않고 공명의 물리를 이해하는 것은 쉽지 않습니다. 물리학 자들은 핵 자기 공명을“외부 자기장에서 주로 분석 기술 및 진단 신체 영상으로 사용될 때 자기 모멘트를 갖는 핵에 의한 전자기 방사선의 흡수를 정의한다.
공명의 물리에 대한 우리의 적용은 아 원자 입자를 넘어 확장됩니다. 자기 공명 영상을 나타내는 MRI를 본 적이 있다면 이미 공명 할 수있는 것들 중 일부를 이미 만났습니다. MRI는 거대한 자석을 사용하여 자기장을 생성합니다. 신체의 전자기장을 통한 MRI의 강력한 자석은 균형이 맞지 않습니다. 세포의 양성자는 자기장에 대해 변형합니다. 기술자가 자석을 끄면 양성자는 재정렬 할 때 에너지를 방출합니다. 그런 다음 MRI 기계는이 에너지 방출 및 여러 다른 변수를 분석하고 데이터를 사용하여 이미지를 생성 할 수 있습니다.
MRI는 뇌 건강을 모니터링하기위한 가장 좋은 선택 중 하나입니다. 이들은 회백질과 종양과 같은 악성 조직을 포함하여 다른 조직을 구별 할 수 있기 때문입니다. 우리는 그것을 사용하여 뇌 활동을 모니터링 할 수도 있습니다. MRI는 주어진 시간에 뇌의 어떤 부분이 활성화되어 있는지 결정할 수 있습니다. 2016 년에 연구원들은 MRI를 사용하여 바이올린 연주자의 뇌 활동을 모니터링하여 바이올린을 연주하는 것을 상상하면서 뇌의 일부가 활성화 된 부분을 확인했습니다. 환자의 뇌 또는 신체에서 양성자의 자기 공명을 조작함으로써 의료 전문가는 침습적 탐색 수술없이 신체가 어떻게 작동하는지 더 잘 이해할 수 있습니다.
NMR은 화학, 의학 및 다양한 형태의 분광법에 대한 응용을 발견했습니다. 또한 자력계 및 양자 컴퓨터를 생성하는 데이 기술에 대한 사용이 점점 더 많이 사용됩니다.
Quantum Computing
연구원들은 1990 년대 후반부터 핵 자기 공명을 양자 컴퓨팅의 매체로 사용한다는 아이디어를 탐구 해왔다. 이 기술은 당시 연구원들이 이러한 이론을 최대한 활용할 수 있도록 존재하지 않았습니다.
2018 년 중국 물리 학회에서 발표 한 연구에 따르면 액체와 솔리드 NMR 시스템을 결합하면 양자 컴퓨터 시스템을 생성하고 제어 할 수있었습니다. 이 양자 컴퓨터는 각 분자의 스핀 상태를 큐 비트로 사용하여 12 퀘스트로 작동했습니다. 비교를 위해 Google의 Sycamore Quantum 컴퓨터 시스템은 2019 년 53 개의 큐빗으로 운영되어 연구원들이 네트워크에 54 번째를 추가하려고 시도했을 때 실패했습니다.
양자 계산 자체는 이미 엄청난 잠재력을 가지고 있습니다. Sycamore가 실행 한 테스트는 양자 컴퓨터를 200 초 동안 완료하는 데 3 분도 채 걸리지 않았습니다. 연구원들은 Oak Ridge National Laboratory의 슈퍼 컴퓨터 인 Summit에 더 간단한 버전의 문제를 제기했습니다. 팀은 작업을 완료하는 데 10,000 년이 걸렸을 것임을 발견했습니다.
새로운 것을 발견
공명의 물리에 대해 생각할 때 약간의 새로운 의미를 공명하면 완전히 새로운 의미를 갖습니다. 세계의 모든 것 (우주, 심지어)은 구체적이고 고유 한 주파수로 공명합니다. 이러한 주파수가 어떻게 함께 작동하는지 이해하면 우주에 대한 우리의 이해, 가장 큰 별에서 가장 작은 쿼크 및 그 사이의 모든 것에 대한 이해가 확대 될 수 있습니다.
