بمب های اتمی شامل نیروهای قوی و ضعیفی اند که این نیروها هسته یک اتم را به ویژه اتم هایی که هسته های ناپایداری دارند، در جای خود نگه می دارند. اساسا دو شیوه بنیادی برای آزادسازی انرژی از یک اتم وجود دارد:

1- شکافت هسته ای: می توان هسته یک اتم را با یک نوترون به دو جزء کوچک تر تقسیم کرد. این همان شیوه ای است که در مورد ایزوتوپ های اورانیوم (یعنی اورانیوم 235 و اورانیوم 233) به کار می رود.

همجوشی هسته ای: می توان با استفاده از دو اتم کوچک تر که معمولا هیدروژن یا ایزوتوپ های هیدروژن (مانند دوتریوم و تریتیوم) هستند، یک اتم بزرگ تر مثل هلیوم یا ایزوتوپ های آن را تشکیل داد. این همان شیوه ای است که در خورشید برای تولید انرژی به کار می رود. در هر دو شیوه یاد شده میزان عظیمی انرژی گرمایی و تشعشع به دست می آید.

برای تولید یک بمب اتمی موارد زیر نیاز است:

o یک منبع سوخت که قابلیت شکافت یا همجوشی را داشته باشد.

o دستگاهی که همچون ماشه آغازگر حوادث باشد.

o راهی که به کمک آن بتوان بیشتر سوخت را پیش از آنکه انفجار رخ دهد دچار شکافت یا همجوشی کرد.

در اولین بمب های اتمی از روش شکافت استفاده می شد. اما امروزه بمب های همجوشی از فرآیند همجوشی به عنوان ماشه آغازگر استفاده می کنند.

بمب های شکافتی (فیزیونی): یک بمب شکافتی از ماده ای مانند اورانیوم 235 برای خلق یک انفجار هسته ای استفاده می کند. اورانیوم 235 ویژگی منحصر به فردی دارد که آن را برای تولید هم انرژی هسته ای و هم بمب هسته ای مناسب می کند. اورانیوم 235 یکی از نادر موادی است که می تواند زیر شکافت القایی قرار بگیرد.اگر یک نوترون آزاد به هسته اورانیوم 235 برود،هسته بی درنگ نوترون را جذب کرده و بی ثبات شده در یک چشم به هم زدن شکسته می شود. این باعث پدید آمدن دو اتم سبک تر و آزادسازی دو یا سه عدد نوترون می شود که تعداد این نوترون ها بستگی به چگونگی شکسته شدن هسته اتم اولیه اورانیوم 235 دارد. دو اتم جدید به محض اینکه در وضعیت جدید تثبیت شدند از خود پرتو گاما ساطع می کنند. درباره این نحوه شکافت القایی سه نکته وجود دارد که موضوع را جالب می کند.

- احتمال اینکه اتم اورانیوم 235 نوترونی را که به سمتش است، جذب کند، بسیار بالا است. در بمبی که به خوبی کار می کند، بیش از یک نوترون از هر فرآیند فیزیون به دست می آید که خود این نوترون ها سبب وقوع فرآیندهای شکافت بعدی اند. این وضعیت اصطلاحا «ورای آستانه بحران» نامیده می شود.

2 - فرآیند جذب نوترون و شکسته شدن متعاقب آن بسیار سریع و در حد پیکو ثانیه (12-10 ثانیه) رخ می دهد.

3 - حجم عظیم و خارق العاده ای از انرژی به صورت گرما و پرتو گاما به هنگام شکسته شدن هسته آزاد می شود.

انرژی آزاد شده از یک فرآیند شکافت به این علت است که محصولات شکافت و نوترون ها وزن کمتری از اتم اورانیوم 235 دارند. این تفاوت وزن نمایان گر تبدیل ماده به انرژی است که به واسطه فرمول معروف mc2= E محاسبه می شود. حدود نیم کیلوگرم اورانیوم غنی شده به کار رفته در یک بمب هسته ای برابر با چندین میلیون گالن بنزین است. نیم کیلوگرم اورانیوم غنی شده انداز ه ای معادل یک توپ تنیس دارد. در حالی که یک میلیون گالن بنزین در مکعبی که هر ضلع آن 17 متر (ارتفاع یک ساختمان 5 طبقه) است، جا می گیرد. حالا بهتر می توان انرژی آزاد شده از مقدار کمی اورانیوم 235 را متصور شد.برای اینکه این ویژگی های اروانیوم 235 به کار آید باید اورانیوم را غنی کرد. اورانیوم به کار رفته در سلاح های هسته ای حداقل باید شامل نود درصد اورانیوم 235 باشد.در یک بمب شکافتی، سوخت به کار رفته را باید در توده هایی که وضعیت «زیر آستانه بحران» دارند، نگه داشت. این کار برای جلوگیری از انفجار نارس و زودهنگام ضروری است. تعریف توده ای که در وضعیت «آستانه بحران» قرار داد چنین است: حداقل توده از یک ماده با قابلیت شکافت که برای رسیدن به واکنش شکافت هسته ای لازم است. این جداسازی مشکلات زیادی را برای طراحی یک بمب شکافتی با خود به همراه می آورد که باید حل شود.

1 - دو یا بیشتر از دو توده «زیر آستانه بحران» برای تشکیل توده «ورای آستانه بحران» باید در کنار هم آورده شوند که در این صورت موقع انفجار به نوترون بیش از آنچه که هست برای رسیدن به یک واکنش شکافتی، نیاز پیدا خواهد شد.

2 - نوترون های آزاد باید در یک توده «ورای آستانه بحران» القا شوند تا شکافت آغاز شود.

3 - برای جلوگیری از ناکامی بمب باید هر مقدار ماده که ممکن است پیش از انفجار وارد مرحله شکافت شود برای تبدیل توده های «زیر آستانه بحران» به توده هایی «ورای آستانه بحران» از دو تکنیک «چکاندن ماشه» و «انفجار از درون» استفاده می شود.تکنیک «چکاندن ماشه» ساده ترین راه برای آوردن توده های «زیر بحران» به همدیگر است. بدین صورت که یک تفنگ توده ای را به توده دیگر شلیک می کند. یک کره تشکیل شده از اورانیوم 235 به دور یک مولد نوترون ساخته می شود. گلوله ای از اورانیوم 235 در یک انتهای تیوپ درازی که پشت آن مواد منفجره جاسازی شده، قرار داده می شود.کره یاد شده در انتهای دیگر تیوپ قرار می گیرد. یک حسگر حساس به فشار ارتفاع مناسب را برای انفجار چاشنی و بروز حوادث زیر تشخیص می دهد:

1 - انفجار مواد منفجره و در نتیجه شلیک گلوله در تیوپ

2 - برخورد گلوله به کره و مولد و در نتیجه آغاز واکنش شکافت

3- انفجار بمب

در «پسر بچه» بمبی که در سال های پایانی جنگ جهانی دوم بر شهر هیروشیما انداخته شد، تکنیک «چکاندن ماشه» به کار رفته بود. این بمب 5/14 کیلو تن برابر با 500/14 تن TNT بازده و

5/1 درصد کارآیی داشت. یعنی پیش از انفجار تنها 5/1 درصد ازماده مورد نظر شکافت پیدا کرد.

در همان ابتدای «پروژه منهتن»، برنامه سری آمریکا در تولید بمب اتمی، دانشمندان فهمیدند که فشردن توده ها به همدیگر و به یک کره با استفاده از انفجار درونی می تواند راه مناسبی برای رسیدن به توده «ورای آستانه بحران» باشد. البته این تفکر مشکلات زیادی به همراه داشت. به خصوص این مسئله مطرح شد که چگونه می توان یک موج شوک را به طور یکنواخت، مستقیما طی کره مورد نظر، هدایت و کنترل کرد؟افراد تیم پروژه «منهتن» این مشکلات را حل کردند. بدین صورت، تکنیک «انفجار از درون» خلق شد. دستگاه انفجار درونی شامل یک کره از جنس اورانیوم 235 و یک بخش به عنوان هسته است که از پولوتونیوم 239 تشکیل شده و با مواد منفجره احاطه شده است. وقتی چاشنی بمب به کار بیفتد حوادث زیر رخ می دهند:

- انفجار مواد منفجره موج شوک ایجاد می کند.

2 - موج شوک بخش هسته را فشرده می کند.

3 - فرآیند شکافت شروع می شود.

4 - بمب منفجر می شود.

در «مرد گنده» بمبی که در سال های پایانی جنگ جهانی دوم بر شهر ناکازاکی انداخته شد، تکنیک «انفجار از درون» به کار رفته بود. بازده این بمب 23 کیلو تن و کارآیی آن 17درصد بود.شکافت معمولا در 560 میلیاردم ثانیه رخ می دهد.

بمب های همجوشی: بمب های همجوشی کار می کردند ولی کارآیی بالایی نداشتند. بمب های همجوشی که بمب های «ترمونوکلئار» هم نامیده می شوند، بازده و کارآیی به مراتب بالاتری دارند. برای تولید بمب همجوشی باید مشکلات زیر حل شود:دوتریوم و تریتیوم مواد به کار رفته در سوخت همجوشی هر دو گازند و ذخیره کردنشان دشوار است. تریتیوم هم کمیاب است و هم نیمه عمر کوتاهی دارد بنابراین سوخت بمب باید همواره تکمیل و پر شود.دوتریوم و تریتیوم باید به شدت در دمای بالا برای آغاز واکنش همجوشی فشرده شوند. در نهایت «استانسیلا اولام» دریافت که بیشتر پرتو به دست آمده از یک واکنش فیزیون، اشعه X است که این اشعه X می تواند با ایجاد درجه حرارت بالا و فشار زیاد مقدمات همجوشی را آماده کند.

بنابراین با به کارگیری بمب شکافتی در بمب همجوشی مشکلات بسیاری حل شد. در یک بمب همجوشی حوادث زیر رخ می دهند:

1 - بمب شکافتی با انفجار درونی ایجاد اشعه X می کند.

2 - اشعه X درون بمب و در نتیجه سپر جلوگیری کننده از انفجار نارس را گرم می کند.

3 - گرما باعث منبسط شدن سپر و سوختن آن می شود. این کار باعث ورود فشار به درون لیتیوم - دوتریوم می شود.

4 - لیتیوم - دوتریوم 30 برابر بیشتر از قبل تحت فشار قرار می گیرند.

5 - امواج شوک فشاری واکنش شکافتی را در میله پولوتونیومی آغاز می کند.

6 - میله در حال شکافت از خود پرتو، گرما و نوترون می دهد.

7 - نوترون ها به سوی لیتیوم - دوتریوم رفته و با چسبیدن به لیتیوم ایجاد تریتیوم می کند.

8 - ترکیبی از دما و فشار برای وقوع واکنش همجوشی تریتیوم - دوتریوم ودوتریوم - دوتریوم و ایجاد پرتو، گرما و نوترون بیشتر، بسیار مناسب است.

9 - نوترون های آزاد شده از واکنش های همجوشی باعث القای شکافت در قطعات اورانیوم 238 که در سپر مورد نظر به کار رفته بود، می شود.

10 - شکافت قطعات اروانیومی ایجاد گرما و پرتو بیشتر می کند.

11 - بمب منفجر شود.
منبع : www.hupaa.com - هوپا

هر مساله در فیزیک هر چند ساده ، می‌تواند پیچیده جاو کند و سوالهای عجیبی مطرح شود که همگان را به فکر وا دارد مثل همین سوال: کی ما سریعتر به دور خورشید می‌گردیم شب یا روز؟

زمین به دور خود می‌چرخد (حرکت وضعی زمین) و این عامل باعث ایجاد شب و روز می‌گردد. بخشی از زمین که رو به خورشید است روز و بخشی دیگر که پشت به خورشید است، شب می‌باشد. پس همیشه یک طرف زمین روز و طرف دیگر شب است. پس این سوال به چه معناست؟ ظاهرا بی‌معنی است.

نکته جالب

نکته در اینجاست که از ما سوال نمی‌شود که کی تمام کره زمین سریعتر تغییر مکان می‌دهد، بلکه سوال می‌شود که ما ساکنان کره زمین ، سریعتر در میان ستارگان حرکت می‌کنیم و این سوال کاملا با معناست.

حقیقت چیست؟

ما در منظومه شمسی دو نوع حرکت داریم: زمین به دور خورشید می‌گردد (حرکت انتقالی زمین) و در عین حال به دور محور زمین می‌چرخیم (حرکت وضعی زمین). این دو حرکت با هم ترکیب می‌شوند، اما نتیجه‌ای که بدست می‌آید، بسته به این که ما در نیمه روز یا نیمه شب زمین باشیم متفاوت خواهد بود.حرکت زمین به دور خورشید از غرب به شرق است. از طرفی زمین هم در همین جهت به دور خود می‌چرخد (یک کره که حول یک محور خود می‌چرخد را در نظر بگیرید وقتی نیمی از کره از غرب به شرق می‌چرخد، بدیهی است که نیمه دیگر از شرق به غرب می‌چرخد).

چون در نیمه شب زمین جهت حرکت وضعی از غرب به شرق است پس این دو سرعت ، یعنی سرعت چرخش زمین به دور محورش بر سرعت گردش زمین به دور خورشید ، افزوده می‌شود. برعکس در نیمه روز که زمین از شرق به غرب حرکت می‌کند، این دو سرعت از هم کم می‌شوند. بنابراین ما نصف شب سریعتر از ظهر در منظومه شمسی حرکت می‌کنیم.

چقدر سریعتر

از آنجا که نقاط اطراف خط استوا در هر ثانیه در حدود نیم کیلومتر حرکت می‌کنند، تفاوت میان سرعت ظهر و سرعت شب در حدود یک کیلومتر است. برای تهران که در مدار 35 درجه قرار دارد، این تفاوت در حدود 800 متر است، یعنی اهالی تهران نصف شب هر ثانیه 800 متر بیشتر از ظهر در منظومه شمسی حرکت می‌کنند!

منبع : www.hupaa.com - هوپا

سه شنبه 11 تیر 1387 / 1 جولای 2008 ... دانشمندان مدت ها بر این عقیده بودند که تقارن، به دلیل اینکه جا به جا شدن جهت چرخش یک تقارن اضافی را ایجاد میکند، به مواد مغناطیسی این امکان را میدهد که خواص بیشتری نسبت به مواد غیرمغناطیسی داشته باشند. اما ...

یک شبکه غیرمغناطیسی، که در تصویر 1 نشان داده شده است، میتواند تقارن مشابه شبکه مغناطیسی، که در تصویر 2 نشان داده شده است، داشته باشد. در این حالت، هر دو شبکه به گونه ای تعریف میشوند که دارای تقارن سرگروه 12 که دانشمندان آن را 4 {اِم اِم} 13 مینامند باشند. تصویر 1 (ماده غیرمغناطیسی): ساختار کریستالی غیر مغناطیسی مربوط به استرونتیم تیتانات تشکیل شده است از استرونتیم (گوی های آبی)، تیتانیم (گوی های قرمز) و اکسیژن (گوی های زرد). نقشهای خاکستری رنگ ساختار 8وجهی (اوکتتی) اکسیژن هستند که ،همانطور که با پیکان های سبز رنگ نشان داده شده است، خلاف جهت 8وجهی همسایه تاب میخورند. » تهیه: ساوا دنو (14) ، پن استیت.


یک شبکه مغناطیسی، که در تصویر 2 نشان داده شده است، میتواند تقارن مشابه شبکه غیرمغناطیسی، که در شکل 1 نشان داده شده است، داشته باشد. در این حالت، هر دو شبکه به گونه ای تعریف میشوند که دارای تقارن سرگروه که دانشمندان آن را 4 {اِم اِم} مینامند باشند. تصویر 2 (ماده مغناطیسی): این شبکه مغناطیسی، که معادل شکل نشان داده شده در تصویر 1 است، شباهت بین چرخشهای مغناطیسی (پیکان های سبز رنگ در شکل 2) و حلقه جریان الکتریکی (پیکان های سبز رنگ در شکل 1) را نشان میدهد. » تهیه: ساوا دنو، پن استیت. ]

تصویر شماره 1

تصویر شماره 2

یک تیم از محققین پن استیت (1) برای اولین بار نشان دادند که تمام دسته های مواد غیرمغناطیسی، مانند آنهایی که در اجزا برخی از کامپیوترها استفاده میشوند، میتوانند به طور قابل ملاحظه ای استفاده های بیشتری از آنجه که دانشمندان تصور میکردند داشته باشند. این یافته ها به این دلیل اهمیت دارند که اطلاعات نامشخص قبلی در مورد ساختار این مواد را آشکار میکنند، شمار خواص بالقوه ای را که آنها میتوانند داشته باشند را بسط میدهد. خواص یک ماده، مانند هدایت الکتریکی و استحکام مکانیکی، چیزهایی هستند که سودمندی یک ماده را تعیین میکنند. این تحقیق در ژورنال فیزیکال ریویو لترز (2) منتشر خواهد شد.

خواص یک ماده به وسیله ساختارش تعیین میشود، یک محقق در مرکز دانش نانو پن استیت، پروفسور مهندسی و دانش مواد و سرپرست پروژه، ونکاترامن گوپالان (3) توضیح داد. "اگر من در حال پیاده روی یک سنگ حاوی کریستال کوارتز پیدا کنم،تنها بر پایه چیزی که ما آن را تقارن (4) جسم -تعداد و ترتیب سطوح کریستالی آن- می نامیم میتوانستم به شما بگویم که کریستال چه ویژگیهایی را داراست و چه ویژگیهایی را دارا نیست. تقارن نتیجه شیوه قرار گرفتن اتم ها در کوارتز است." او افزود: "این یک شیوه بسیار قدرتمند جهت شناخت دنیای اطراف ماست."

گمان میشد مواد غیرمغناطیسی که گوپالان و همکارانش مطالعه کردند یکی از 32 تقارن کریستال متفاوت -که تقارنهای سرگروه شناخته میشدند- را داشته باشد که در طبیعت یافت میشوند. از سوی دیگر، مواد مغناطیسی به دلیل اینکه ذرات اتمی آنها دارای چرخشهای مغناطیسی (5) است، که میتوان آنها را به صورت حلقه های کوچک جریان الکتریکی تصور کرد، دارای 90 تقارن سرگروه متفاوت هستند. گوپالان گفت: "حرکت یک جنبه بسیار پر اهمیت از مغناطیس است." او افزود: "به محض این که ذرات باردار شروع به حرکت یا چرخش کردند، مغناطیس در طبیعت ایجاد شد."

دانشمندان مدت ها بر این عقیده بودند که تقارن، به دلیل اینکه جا به جا شدن جهت چرخش یک تقارن اضافی را ایجاد میکند، به مواد مغناطیسی این امکان را میدهد که خواص بیشتری نسبت به مواد غیرمغناطیسی داشته باشند. اما گروه گوپالان نشان داده است که مواد غیرمغناطیسی، از لحاظ تئوری، میتوانند دقیقا به همان مقدار خواص مواد مغناطیسی را داشته باشند. بر طبق گفته های گوپالان، بعضی از مواد غیرمغناطیسی دارای گروهی از اتمها هستند که با دوران (6) و تاب خوردن (7) شکل آنها را به هم میریزند. این حرکت ناچیز که معادل یک حلقه کوچک جریان الکتریکی است کافیست تا به ماده برخی خواص اضافی را دهد که قبلا تصور میشد تنها متعلق به مواد مغناطیسی هستند.

این محققین تئوری خود را از راه آزمایش با استفاده از استرونتیم تیتانات (8)، که یک ماده غیرمغناطیسی است، امتحان کردند. آنها ماده را سرد کردند و کشف کردند که این اتم های اکسیژن هستند که به وسیله تاب خوردن در یک ناحیه تنگ تر برای حفظ انرژی و فضا از خود واکنش نشان میدهند. گوپالان گفت: "اتمهای اکسیژن یک دوران کامل را،‌ مانند یک حلقه جریان الکتریکی که در اجسام مغناطیسی اتفاق می افتد، انجام نمیدهند، اما تحلیل های تئوری نشان میدهند که آنها عمل تاب خوردن را انجام میدهند، بنابراین، این احتمال وجود دارد که این مواد دارای خواص ناشناخته قبلی باشند."

در مرحله بعد، این تیم بررسی کرد که، آیا این حرکت تابی شکل در خواص اضافی ماده جلوه گر میشود. به ویژه، آنها برای یک خاصیت بصری و قابل مشاهده که آن را تولید هماهنگ دوّم روتو (9) مینامند، که قابل مقایسه با خاصیت مشهوری به نام تولید هماهنگ دوّم مغناطیسی (10) است، محاسبه و آزمایش کردند. تولید هماهنگ دوم، برای مثال، در کریستال های مورد استفاده در اشاره گرهای لیزری سبز رنگ، برای تبدیل اشعه مادون قرمزلیزر به اشعه سبز رنگ لیزر یافت میشود.این گروه کشف کردند که ماده استرونتیم تیتانات دارای مقدار کوچکی از تولید هماهنگ دوّم روتو است.

گوپالان گفت: "هیچ کس تصور برقراری ارتباط بین تقارنهای مغناطیسی با یک ماده غیرمغناطیسی مانند استرونتیم تیتانات را نمیکرد، اما این کاریست که تحقیق ما با صراحت انجام میدهد." او افزود: "ما در ابتدا یک تحلیل تئوری انجام دادیم که در آن از چهارچوب تقارن، که به طور مرسوم برای توصیف مواد مغناطیسی به کار برده میشد، برای این دسته بزرگ از مواد غیرمغناطیسی استفاده کردیم. ما سپس بر روی یک ماده غیرمغناطیسی خاص پژوهش های آزمایشگاهی انجام دادیم و خاصیتی از آن را کشف کردیم که قبلا تصور میشد تنها به مواد مغناطیسی تعلق دارد.عقیده ما این است که احتمال داشتن تقارنها و خواصی، بیش از آنچه که قبلا ممکن میدانستند، برای تمامی دسته مواد غیرمغناطیسی وجود دارد."

یافته های این تیم میتواند منجر به انفجاری در زمینه تحقیق در مورد خواص جدیدی از مواد غیرمغناطیسی و کاربردهای احتمالی این خواص شود. پیتر شیفر (11)، نائب رئیس همکار در تحقیق و پروفسور فیزیک در پن استیت، گفت: "این مواد در صدها مورد کاربرد استفاده میشوند." او افزود: "اما این کار کار جدید وعده بزرگی برای پیدا کردن استفاده های بسیار بیشتر را میدهد."
منبع : www.hupaa.com - هوپا

سه شنبه 11 تیر 1387 / 1 جولای 2008 ... دانشمندان مدت ها بر این عقیده بودند که تقارن، به دلیل اینکه جا به جا شدن جهت چرخش یک تقارن اضافی را ایجاد میکند، به مواد مغناطیسی این امکان را میدهد که خواص بیشتری نسبت به مواد غیرمغناطیسی داشته باشند. اما ...

یک شبکه غیرمغناطیسی، که در تصویر 1 نشان داده شده است، میتواند تقارن مشابه شبکه مغناطیسی، که در تصویر 2 نشان داده شده است، داشته باشد. در این حالت، هر دو شبکه به گونه ای تعریف میشوند که دارای تقارن سرگروه 12 که دانشمندان آن را 4 {اِم اِم} 13 مینامند باشند. تصویر 1 (ماده غیرمغناطیسی): ساختار کریستالی غیر مغناطیسی مربوط به استرونتیم تیتانات تشکیل شده است از استرونتیم (گوی های آبی)، تیتانیم (گوی های قرمز) و اکسیژن (گوی های زرد). نقشهای خاکستری رنگ ساختار 8وجهی (اوکتتی) اکسیژن هستند که ،همانطور که با پیکان های سبز رنگ نشان داده شده است، خلاف جهت 8وجهی همسایه تاب میخورند. » تهیه: ساوا دنو (14) ، پن استیت.


یک شبکه مغناطیسی، که در تصویر 2 نشان داده شده است، میتواند تقارن مشابه شبکه غیرمغناطیسی، که در شکل 1 نشان داده شده است، داشته باشد. در این حالت، هر دو شبکه به گونه ای تعریف میشوند که دارای تقارن سرگروه که دانشمندان آن را 4 {اِم اِم} مینامند باشند. تصویر 2 (ماده مغناطیسی): این شبکه مغناطیسی، که معادل شکل نشان داده شده در تصویر 1 است، شباهت بین چرخشهای مغناطیسی (پیکان های سبز رنگ در شکل 2) و حلقه جریان الکتریکی (پیکان های سبز رنگ در شکل 1) را نشان میدهد. » تهیه: ساوا دنو، پن استیت. ]

تصویر شماره 1

تصویر شماره 2

یک تیم از محققین پن استیت (1) برای اولین بار نشان دادند که تمام دسته های مواد غیرمغناطیسی، مانند آنهایی که در اجزا برخی از کامپیوترها استفاده میشوند، میتوانند به طور قابل ملاحظه ای استفاده های بیشتری از آنجه که دانشمندان تصور میکردند داشته باشند. این یافته ها به این دلیل اهمیت دارند که اطلاعات نامشخص قبلی در مورد ساختار این مواد را آشکار میکنند، شمار خواص بالقوه ای را که آنها میتوانند داشته باشند را بسط میدهد. خواص یک ماده، مانند هدایت الکتریکی و استحکام مکانیکی، چیزهایی هستند که سودمندی یک ماده را تعیین میکنند. این تحقیق در ژورنال فیزیکال ریویو لترز (2) منتشر خواهد شد.

خواص یک ماده به وسیله ساختارش تعیین میشود، یک محقق در مرکز دانش نانو پن استیت، پروفسور مهندسی و دانش مواد و سرپرست پروژه، ونکاترامن گوپالان (3) توضیح داد. "اگر من در حال پیاده روی یک سنگ حاوی کریستال کوارتز پیدا کنم،تنها بر پایه چیزی که ما آن را تقارن (4) جسم -تعداد و ترتیب سطوح کریستالی آن- می نامیم میتوانستم به شما بگویم که کریستال چه ویژگیهایی را داراست و چه ویژگیهایی را دارا نیست. تقارن نتیجه شیوه قرار گرفتن اتم ها در کوارتز است." او افزود: "این یک شیوه بسیار قدرتمند جهت شناخت دنیای اطراف ماست."

گمان میشد مواد غیرمغناطیسی که گوپالان و همکارانش مطالعه کردند یکی از 32 تقارن کریستال متفاوت -که تقارنهای سرگروه شناخته میشدند- را داشته باشد که در طبیعت یافت میشوند. از سوی دیگر، مواد مغناطیسی به دلیل اینکه ذرات اتمی آنها دارای چرخشهای مغناطیسی (5) است، که میتوان آنها را به صورت حلقه های کوچک جریان الکتریکی تصور کرد، دارای 90 تقارن سرگروه متفاوت هستند. گوپالان گفت: "حرکت یک جنبه بسیار پر اهمیت از مغناطیس است." او افزود: "به محض این که ذرات باردار شروع به حرکت یا چرخش کردند، مغناطیس در طبیعت ایجاد شد."

دانشمندان مدت ها بر این عقیده بودند که تقارن، به دلیل اینکه جا به جا شدن جهت چرخش یک تقارن اضافی را ایجاد میکند، به مواد مغناطیسی این امکان را میدهد که خواص بیشتری نسبت به مواد غیرمغناطیسی داشته باشند. اما گروه گوپالان نشان داده است که مواد غیرمغناطیسی، از لحاظ تئوری، میتوانند دقیقا به همان مقدار خواص مواد مغناطیسی را داشته باشند. بر طبق گفته های گوپالان، بعضی از مواد غیرمغناطیسی دارای گروهی از اتمها هستند که با دوران (6) و تاب خوردن (7) شکل آنها را به هم میریزند. این حرکت ناچیز که معادل یک حلقه کوچک جریان الکتریکی است کافیست تا به ماده برخی خواص اضافی را دهد که قبلا تصور میشد تنها متعلق به مواد مغناطیسی هستند.

این محققین تئوری خود را از راه آزمایش با استفاده از استرونتیم تیتانات (8)، که یک ماده غیرمغناطیسی است، امتحان کردند. آنها ماده را سرد کردند و کشف کردند که این اتم های اکسیژن هستند که به وسیله تاب خوردن در یک ناحیه تنگ تر برای حفظ انرژی و فضا از خود واکنش نشان میدهند. گوپالان گفت: "اتمهای اکسیژن یک دوران کامل را،‌ مانند یک حلقه جریان الکتریکی که در اجسام مغناطیسی اتفاق می افتد، انجام نمیدهند، اما تحلیل های تئوری نشان میدهند که آنها عمل تاب خوردن را انجام میدهند، بنابراین، این احتمال وجود دارد که این مواد دارای خواص ناشناخته قبلی باشند."

در مرحله بعد، این تیم بررسی کرد که، آیا این حرکت تابی شکل در خواص اضافی ماده جلوه گر میشود. به ویژه، آنها برای یک خاصیت بصری و قابل مشاهده که آن را تولید هماهنگ دوّم روتو (9) مینامند، که قابل مقایسه با خاصیت مشهوری به نام تولید هماهنگ دوّم مغناطیسی (10) است، محاسبه و آزمایش کردند. تولید هماهنگ دوم، برای مثال، در کریستال های مورد استفاده در اشاره گرهای لیزری سبز رنگ، برای تبدیل اشعه مادون قرمزلیزر به اشعه سبز رنگ لیزر یافت میشود.این گروه کشف کردند که ماده استرونتیم تیتانات دارای مقدار کوچکی از تولید هماهنگ دوّم روتو است.

گوپالان گفت: "هیچ کس تصور برقراری ارتباط بین تقارنهای مغناطیسی با یک ماده غیرمغناطیسی مانند استرونتیم تیتانات را نمیکرد، اما این کاریست که تحقیق ما با صراحت انجام میدهد." او افزود: "ما در ابتدا یک تحلیل تئوری انجام دادیم که در آن از چهارچوب تقارن، که به طور مرسوم برای توصیف مواد مغناطیسی به کار برده میشد، برای این دسته بزرگ از مواد غیرمغناطیسی استفاده کردیم. ما سپس بر روی یک ماده غیرمغناطیسی خاص پژوهش های آزمایشگاهی انجام دادیم و خاصیتی از آن را کشف کردیم که قبلا تصور میشد تنها به مواد مغناطیسی تعلق دارد.عقیده ما این است که احتمال داشتن تقارنها و خواصی، بیش از آنچه که قبلا ممکن میدانستند، برای تمامی دسته مواد غیرمغناطیسی وجود دارد."

یافته های این تیم میتواند منجر به انفجاری در زمینه تحقیق در مورد خواص جدیدی از مواد غیرمغناطیسی و کاربردهای احتمالی این خواص شود. پیتر شیفر (11)، نائب رئیس همکار در تحقیق و پروفسور فیزیک در پن استیت، گفت: "این مواد در صدها مورد کاربرد استفاده میشوند." او افزود: "اما این کار کار جدید وعده بزرگی برای پیدا کردن استفاده های بسیار بیشتر را میدهد."
منبع : www.hupaa.com - هوپا

اگر چه دانشمندان تا کنون توانسته‌اند اجزای تشکیل‌دهنده ذره‌های زیر اتمی را در شتاب‌دهنده‌ها از یک‌دیگر جدا کنند، توالی ژنوم انسان را کشف و فعالیت ستارگان دور دست را تجزیه و تحلیل کنند، اما هنوز هم آزمایش‌هایی توجه دانشمندان را به خود جلب می‌کند که میلیون‌ها دلار هزینه را در برداشته و جریان بزرگی از اطلاعات ایجاد می‌کند؛ آزمایش‌هایی که پردازش آن‌ها توسط ابررایانه‌ها ماه‌ها به طول می‌انجامد. بسیاری از این گروه‌های پژوهشی توسعه پیدا کرده‌اند و برای انجام فعالیت با هم مشارکت می‌کنند.
اما باید اذعان کرد که مفاهیم علمی به ذهن‌های منحصر به فردی که خود را درگیر کشف رازو رمزهای جهان کرده‌اند، راه می‌یابد. هنگامی که رابرت پی.کریس، از گروه فلسفه دانشگاه ایالتی نیویورک واقع در استونی بروک ومورخ آزمایشگاه ملی بروکهان از فیزیکدانان خواست که زیباترین آزمایش‌های کل تاریخ را نام ببرند، مشخص شد که ده نفر نخست بیش‌تر به طور انفرادی کار کرده‌اند و دستیاری نداشتند.
اغلب آزمایش‌هایی که درشماره‌ی September 2002 مجله‌ی دنیای فیزیک (Physics World) فهرست شده‌اند را می‌توان روی یک میزکار معمولی انجام داد و به ابزارهای محاسبه‌ای پیشرفته‌تر ازخط‌کش و ماشین حساب نیاز ندارند. چیزی که در همه‌ی این آزمایش‌ها مشترک است، همان چیزی است که دانشمندان از آن به عنوان "زیبایی" نام می‌برند؛ یعنی، سادگی منطقی دستگاه‌های مورد استفاده و سادگی منطقی تجزیه و تحلیل. به عبارت دیگر، پیچیدگی ودشواری پدیده‌ها، به طور موقت به کناری گذاشته می‌شود و نکته تازه ای از راز ورمزهای طبیعت کشف می‌شود.
فهرست چاپ شده در این مجله به ترتیب عمومیت آن رتبه‌بندی شده است. در رتبه‌ی نخست، آزمایشی قرار دارد که به وضوح ماهیت کوانتومی جهان فیزیکی را نشان می‌دهد. این موارد باردیگر به ترتیب دوره زمانی مرتب شده‌اند که نتیجه آن هم اکنون پیش روی شماست. این فهرست نگرش جالبی از تاریخ دو هزارساله‌ی اکتشاف را پیش روی ما می‌گذارد.

1- اراتوستن: اندازه گیری محیط زمین

در ظهر انقلاب تابستانی در یکی از شهرهای مصر ،که امروزه آسوان نامیده می شود، خورشیدمستقیم می‌تابد: اجسام هیچ سایه‌ای ندارند و نور خورشید تا انتهای یک چاه عمیق نفوذ می‌کند.
اراتوستن که کتابدار کتابخانه‌ی اسکندریه در قرن سوم پیش از میلاد بود، هنگامی که این مطلب را خواند، دریافت که اطلاعات لازم برای محاسبه‌ی محیط زمین را در اختیار دارد. وی همان روز و همان ساعتی که در بالا گفته شد، آزمایشی ترتیب داد و مشاهده کرد که پرتوهای خورشید در اسکندریه تا حدودی مایل بوده و حدود هفت درجه از خط عمود انحراف دارد.
حالا دیگر فقط محاسب‌های هندسی باقی مانده بود. فرض کنید زمین گرد است، در این صورت محیط دایره آن 360 درجه است. با این تفسیر اگر دو شهر از یکدیگر 7 درجه دور باشند، می‌توان گفت به اندازه هفت سیصد و شصتم یا یک پنجاهم یک دایره کامل از هم فاصله دارند. با اندازه گیری فاصله دو شهر، مشخص شد که این دو 5 هزار استادیوم (واحد طول برابر با حدود185 متر) از یکدیگر دورند. اراتوستن نتیجه گرفت که محیط زمین 50 برابر این فاصله یعنی 250 هزار استا دیوم است. از آن‌جا که دانشمندان در مورد طول واقعی یک استادیوم یونانی اختلاف نظر دارند، غیر ممکن است بتوانیم دقت این اندازه گیری را تعیین کنیم. اما بر پایه‌ی برخی از محاسبه‌ها گفته می‌شود خطای این اندازه گیری حدود 5 درصد است (رتبه‌ی7)

2- گالیله : آزمایش چیزهای در حال سقوط

تا حدود سال های 1500 میلادی، مردم فکر می کردند چیزهای سنگین سریع‌تر از اجسام سبک سقوط می‌کنند. هر چه باشد، این سخن ارسطو است. این که یک دانشمند یونان باستان توانسته بود، همچنان سلطه خود را حفظ کند، بیانگر این است که علم طی قرون وسطی چقدر تنزل کرده بود.
گالیلئو گالیله که استاد کرسی ریاضیات در دانشگاه پیزا بود ، آن قدر جسارت داشت که دانش پذیرفته شده را با چالش روبه‌رو کند. این داستان از جمله ماجراهای معروف تاریخ علم است: گفته می شود وی دو چیز با وزن‌های مختلف را از بالای برج کج شهر رها کرد و نشان داد که آن چیزها در یک زمان به زمین می‌رسند. به چالش طلبیدن باورهای ارسطو ممکن بود برای گالیله به قیمت از دست دادن شغلش تمام شود، اما وی با این کار نشان داد که داور نهایی در موضوع‌های علمی، رویدادهای طبیعی است نه اعتبارافراد. (رتبه‌ی 2)

3- گالیله:آزمایش سقوط توپ ها از سطح شیبدار

گالیله به بازپیرایی باورهای خود در مورد چیزهای در حال حرکت ادامه داد. وی یک تخته که حدود 6 متر طول و 25 سانتی متر عرض داشت را انتخاب کرد و شیاری را در مرکز آن طوری حفر کرد که تا جایی که امکان دارد، صاف و مستقیم باشد. وی سطح را شیبدار کرد وتوپ‌های برنجی را درون این شیارها غلتاند وزمان سقوط را با یک ساعت آبی اندازه‌گیری کرد. ساعت آبی یک مخزن بزرگ آب بود که آبش از لوله‌های نازک به یک ظرف منتقل می شد. وی پس از هر بار آزمایش ورها کردن توپ میزان آب تخلیه شده را وزن می‌کرد.
گالیله به وزن کردن مقدار آب تخلیه شده، زمان را اندازه گرفت و آن را با مسافتی که گلوله طی کرده بود، مقایسه می‌کرد. ارسطو پیش بینی کرده بود که سرعت گلوله های غلتان ثابت است: اگرمدت زمان حرکت را دو برابر کنید، مسافت طی شده دو برابر می شود. اما گالیله نشان داد که مسافت طی شده با مجذور زمان متناسب است: اگر مدت زمان حرکت را دو برابر کنید، مسافت طی شده چهار برابر می شود. علت آن نیز این است که توپ در اثر جاذبه گرانشی مرتبا شتاب می گیرد. (رتبه‌ی 8)

4- نیتون : تجزیه‌ی نور خورشید با منشور

اسحاق نیوتن در همان سالی که گالیله در گذشت، متولد شد. وی در سال 1665 میلادی از ترینیتی کالج کمبریج فارغ التحصیل شد. سپس، دو سال خانه نشین شد تا بیماری طاعون را که همه‌گیر شده بود، از سر بگذراند. وی از این که خانه نشین بود، چندان ناراضی نبود؛ چرا که مشغول فعالیت های علمی بود.
در آن سال‌ها این تفکر رایج بود که نور سفید خالص‌ترین نوع نور است (باز هم باورهای ارسطو) و بنابراین نورهای رنگی، تغییر شکل یافته‌ی نورهای سفید هستند. نیوتن برای آزمایش این نظریه، دسته‌ای از پرتو‌های خورشید را به منشور تاباند و نشان داد که خورشید به طیفی از رنگ‌ها تجزیه می‌شود.
البته مردم ، رنگین کمان را در آسمان مشاهده می‌کردند اما از تفسیر صحیح آن ناتوان بودند. نیوتن توانست به درستی نتیجه‌گیری کند که رنگ‌های قرمز، نارنجی ،قهوه‌ای ،سبز، آبی، نیلی، بنفش و رنگ های بین این‌ها، تشکیل دهنده نور سفید هستند. نور سفید در نگاه اول بسیار ساده به نظر می رسید، اما پس از نگاه دقیق‌تر مشخص شد که نور سفید تلفیقی زیبا از نور های گوناگون است. (رتبه‌ی 4)

5- کاوندیش :آزمایش ترازوی پیچشی

یکی دیگر از فعالیت‌های نیوتن پیشنهاد نظریه‌ی گرانشی بود که بیان می‌کرد قدرت نیروی گرانش بین دو جسم با مجذور جرم‌هایش افزایش و به نسبت مجذور فاصله‌ی بین آن دو کاهش می‌یابد. اما این پرسش باقی بود که قدرت این نیروی گرانشی چقدر است؟
در پایان دهه‌ی اول قرن هجدهم، هنری کاوندیش تصمیم گرفت به این پرسش پاسخ دهد. وی یک میله‌ی چوبی را که حدود دو متر طول داشت، انتخاب کرد و سپس یک گلوله‌ی کوچک فلزی به هر طرف این میله‌ی چوبی وصل کرد تا شبیه یک دمبل شود. سپس آن را با سیمی آویزان کرد. پس از آن دو گلوله سربی را که حدود 160 کیلوگرم جرم داشتند، به توپ‌های کوچک دو سر میله‌ی چوبی نزدیک کرد تا نیروی گرانشی لازم برای جذب کردن آن‌ها ایجاد شود. گلوله‌ها حرکت کردند و در نتیجه سیم تاب برداشت.
کاوندیش با وصل کردن یک قلم کوچک در دو طرف میله توانست میزان جابه‌جایی ناچیز گلوله‌ها را اندازه بگیرد. وی برای محافظت دستگاه، از جریان هوا، آن را ، که ترازوی پیچشی نامیده می‌شود ، درون اتاقکی قرار داد و با یک تلسکوپ میزان جابه‌جایی را خواند. وی با این دستگاه توانست مقداری را که به ثابت گرانشی معروف است، با دقت بسیار زیادی اندازه‌گیری کند و با استفاده از ثابت گرانشی، چگالی و جرم زمین را به دست آورد. اراستوتن توانست محیط زمین را اندازه بگیرد اما کاوندیش جرم زمین را به دست آورد: x6/10240 . (رتبه‌ی6)

6- یانگ: آزمایش تداخل نور

باورهای نیوتن همواره درست نبود. پس از استدلال مختلف به این نتیجه رسید که نور تنها از ذره‌هایی تشکیل شده است و نه از موج.
در سال 1803 توماس یانگ پزشک و فیزیک‌دان انگلیسی تصمیم گرفت این نظریه را بیازماید. وی سوراخی را در پرده‌ی پنجره ایجاد کرد و آن را با یک مقوا که به وسیله سوزن شکاف کوچکی در آن ایجاد کرده بود، پوشاند. سپس، نوری را که از این شکاف می‌گذشت، با استفاده از یک آینه منحرف کرد. در مرحله‌ی بعد، ورقه‌ی نازکی از کاغذ انتخاب کرد که فقط یک سی‌ام اینچ (حدود یک میلی‌متر) ضخامت داشت و آن را به طور دقیق در مسیر عبور نور قرار داد تا پرتو نور را به دو قسمت تقسیم کند. نتیجه‌ی این آزمایش طرحی از نوارهای متناوب روشن و تاریک بود
این پدیده را فقط با فرض این که پرتوهای نور همانند موج رفتار می‌کنند، می‌توان تفسیر کرد. نوارهای روشن وقتی مشاهده می‌شوند که دو قله موج با یک‌دیگر هم‌پوشانی و یکدیگر را تقویت کنند، اما نوارهای سیاه وقتی ایجاد می‌شوند که یک قله موج با موج مخالف آن ترکیب شود و یک‌دیگر را خنثی کنند.
این آزمایش سال‌های بعد با استفاده از یک مقوا که در آن دو شکاف برای تقسیم نور به دو پرتو ایجاد شده بود، تکرار شد و به همین دلیل به آزمایش شکاف دوگانه نیر مشهور است. این آزمایش بعدها به معیاری برای تعیین حرکت شبه موجی تبدیل شد: حقیقتی که یک قرن بعد، هنگامی که نظریه‌ی کوانتوم آغاز شد اهمیت بیش از اندازه‌ای یافت.(رتبه‌ی 5)

7- فوکو: چرخش کره زمین

فوکو در سال 1851 در پاریس آزمایش بسیار مشهوری را به انجام رساند که پس از گذشت سالیان متمادی، سال گذشته در قطب جنوب دوباره تکرارشد. این دانشمندان آونگی را در قطب جنوب نصب کرد و به تماشای حرکت این آونگ پرداختند. جین برنارد فوکو دانشمند فرانسوی یک گلوله آهنی 30 کیلوگرمی را به انتهای یک مفتول متصل و از سقف کلیسایی آویزان کرد و آن را به حرکت درآورد تا به سمت عقب وجلو حرکت کند. سپس برای آن که نحوه‌ی حرکت این آونگ به خوبی مشخص شود، قلمی را به انتهای گلوله‌ای که روی بستری از شن‌های نرم و مرطوب در حال نوسان بود، قرار داد.
تماشاچیان در کمال شگفتی مشاهده کردندکه آونگ به طرز غیر قابل توجیهی در حال چرخش است یعنی مسیر حرکت رفت و برگشتی آن در هر تناوب با تناوب قبلی متفاوت است. اما واقعیت امر این است که این کف کلیسا بود که به آرامی حرکت می‌کرد و به این ترتیب فوکو توانست با قانع‌کننده‌ترین روش ممکن نشان دهد که زمین حول محور خود در حال گردش است.
در عرض جغرافیایی پاریس، آونگ طی هر 30 ساعت یک چرخش کامل را در جهت عقربه‌های ساعت انجام می‌دهد؛ در نیمکره جنوبی همین آونگ خلاف جهت عقربه‌های ساعت به حرکت درمی‌آید و در نهایت روی خط استوا حرکت در اصل چرخشی نبود. همان طور که دانشمندان عصر جدید نشان دادند زمان تناوب حرکت چرخشی پاندول در قطب جنوب برابر 24 ساعت است. (رتبه‌ی 10)

8- میلیکان: آزمایش قطره‌ی روغن

از دوران باستان دانشمندان الکتریسیته را مورد بررسی قرار داده بودند؛ پدیده پیچیده‌ای که هنگام رعد و برق از آسمان نازل می‌شد، یا با کشیدن شانه به موها می‌توانستند به راحتی آن را ایجاد کنند. در سال 1897 فیزیک‌دان انگلیسی جی.جی.تامسون اثبات کرد که الکتریسیته از ذره‌هایی که دارای بار منفی هستند، یعنی الکترون‌ها، به وجود می‌آید. ( آزمایشی که در واقع بایستی یکی از موردهای این فهرست باشد) و کار اندازه‌گیری بار این ذره‌ها در سال 1909 به رابرت میلیکان، دانشمند آمریکایی، محول شد.
وی با استفاده از یک عطرپاش، قطره‌های ریز روغن را به درون اتاق کوچک شفافی اسپری کرد. در بالا و پایین این اتاق کوچک صفحه‌‍‌های فلزی قرار داشتند که به باتری متصل بودند و در نتیجه یکی از صفحه‌ها مثبت و صفحه دیگر منفی بود. از آن‌جا که این قطره‌ها هنگام عبور در هوا دارای مقدار جزیی بار الکتریکی می‌شد، می‌توان سرعت سقوط این قطره‌ها را با تغییر ولتاژ صفحه‌های فلزی تنظیم کرد.
هنگامی که نیروی الکتریکی به طور دقیق با نیروی گرانشی برابر شود، قطره‌های روغن همانند ستارگان درخشان در پس زمینه تاریک به نظر می رسند و در هوا معلق می‌مانند. میلیکان این قطره‌ها را یکی پس از دیگری مورد ملاحظه قرار داد، ولتاژ صفحه را تغییر داد و به مشاهده‌ی تأثیر آن پرداخت. وی پس از انجام آزمایش‌های متعدد به این نتیجه رسید که بار الکتریکی یک مقدار مشخص و ثابت دارد. کوچک‌ترین بار این قطره‌ها چیزی نیست به جز بار یک الکترون منفرد.( رتبه 3)

9- رادرفورد: کشف هسته

در سال 1911 که ارنست رادرفورد در دانشگاه منچستر سرگرم آزمایش در مورد رادیواکتیویته بود، گمان می‌رفت که اتم‌ها از گلوله‌های نرم و باردار مثبتی تشکیل شده‌اند که توسط ذره‌هایی با بار منفی احاطه می‌شوند؛ مدل کیک کشمشی. اما هنگامی که وی و دستیارانش ذره‌های باردار مثبت کوچکی را که ذره‌ی آلفا نامیده می‌شدند، به صفحه نازکی از طلا تاباندند، در شگفتی تمام مشاهده کردند که درصد اندکی از این پرتوها به سمت عقب برگشتند. به عبارت دیگر این ذره‌ها پس از برخورد با اتم‌ها کمانه کرده‌اند.
رادرفورد نتیجه گرفت اتم‌های واقعی چندان هم نرم نیستند. قسمت اصلی جرم این اتم‌ها باید در مرکز اتم‌ها، که امروزه هسته اتم می‌نامیم، قرارداشته باشد و الکترون‌ها این هسته‌ها را احاطه کرده‌اند. با وجود تغییرهایی که نظریه‌ی کوانتوم در آن ایجاد کرد، این تصویر از اتم‌ها هنوز هم به قوت خود باقی است. (رتبه‌ی 9)

10- کلاوس جانسون: تداخل یک الکترون منفرد

نه گفته‌های نیوتن و نه یانگ هیچ کدام در مورد ماهیت نور به طور کامل صحیح نبود. هر چند که به سادگی نمی‌توان گفت نور از ذره تشکیل شده است. خاصیت‌های آن را فقط با استفاده از ماهیت موجی نیز نمی‌توان به طور کامل تشریح کرد.
طی 5 سال اول قرن بیستم ماکس پلانک و آلبرت اینشتین نشان دادند که نور در بسته‌هایی که فوتون نام دارد، جذب و نشر می‌شود. اما آزمایش‌هایی برای تعیین ماهیت دقیق نور هم‌چنان ادامه داشت. بعدها تئوری کوانتوم متولد شد و طی چند دهه توسعه یافت و توانست دو نظریه‌ی پیشین را با یک‌دیگر آشتی داده و نشان دهد که هر دو می‌توانند صحیح باشند: فوتون‌ها و سایر ذره‌های زیراتمی (همانند الکترون‌ها، پروتون‌هاو ...) دو چهره از خود بروز می‌دهند که مکمل یکدیگرند؛ بنابراین به گفته‌ی یک فیزیک‌دان در دسته Wavices قرار می‌گیرند.
فیزیک‌دانان برای شرح دادن این مطلب اغلب از یک آزمایش نظری شناخته شده استفاده می‌کنند . آن‌ها ابزارهای آزمایش شکاف دوگانه یانگ را به کار می‌برند، اما به جای آن که نور معمولی به کار ببرند از پرتو الکترون استفاده می‌کنند. براساس قانون‌های مکانیک کوانتوم، جریان ذره‌ها به دو پرتو تفکیک می‌شوند، پرتوهای کوچک‌تر با یکدیگر تداخل می‌کنند و همان الگوی آشنای نوارهای متناوب تاریک و روشن را که توسط نور ایجاد شده بود، از خود نشان می‌دهند. یعنی ذره‌ها همانند موج عمل می‌کنند.
براساس مقاله‌ای که در فیزیکس‌ورد منتشر شد و توسط پیتر راجرز سردبیر مجله نگاشته شده است تا سال 1961 هیچ کس این آزمایش را در عمل به انجام نرساند تا این که کلاوس جانسون در این سال موفق به انجام این آزمایش شد . در آن هنگام هیچ‌کس از نتایج به دست آمده چندان شگفت‌زده نشد و نتیجه‌های به دست آمده همانند بسیاری از موردهای دیگر بدون آن که نامی از کسی در میان باشد به دنیای علم وارد شد.