מגזין הטכניון | קיץ 2023

24 פיזיקה קוונטית ח על-אורי בום https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.13.011002 למאמר: ממהירות האור באותו תווך. זוהי המקבילה האופטית לבום על-קולי הנוצר כאשר מטוסים טסים מעל מהירות הקול, ועל כן קרינת צ’רנקוב מכונה לעיתים 1934 “בום על-אורי”. תופעה זו התגלתה בשנת .1958 וזיכתה את מגליה בפרס נובל לפיזיקה בשנת שנות מחקר, הוביל 80- מאז גילויה ועד היום, יותר מ העיסוק בקרינת צ’רנקוב לפיתוח שלל יישומים, בעיקר עבור גלאים מיוחדים לזיהוי חלקיקים ועבור דימות רפואי. אולם, על אף העיסוק האינטנסיבי בתופעה, מרבית המחקר התאורטי וכן כל ההדגמות הניסוייות, עסקו בקרינת צ’רנקוב במרחב תלת-ממדי ובתיאורה באמצעות התורה האלקטרומגנטית הקלאסית. כעת מציגים חוקרי הטכניון תצפית ניסויית ראשונה בקרינת צ’רנקוב במרחב דו-ממדי ומראים שבמרחב זה מתנהגת הקרינה באופן שונה לגמרי - לראשונה התיאור הקוונטי של האור הוא הכרחי לתיאור תוצאות הניסוי. החוקרים הינדסו מבנה שכבות מיוחד המאפשר אינטראקציה בין אלקטרונים חופשיים לגלי אור המתקדמים על גבי משטח. ההנדסה החכמה של ההתקן איפשרה את המדידה הראשונה של קרינת צ’רנקוב דו-ממדית. הממדיות הנמוכה של האפקט היא שאיפשרה את ההצצה אל תוך האופי הקוונטי של תהליך פליטת הקרינה מאלקטרונים: מניית מספר וקרים בפקולטה להנדסת חשמל ומחשבים ע”ש ויטרבי מציגים תצפית ניסויית ראשונה בקרינת צ’רנקוב הכלואה בשני ממדים. תוצאות הניסוי הפתיעו את החוקרים כאשר נמדד שיא חדש בעוצמת הצימוד בין אלקטרון לקרינה ונחשף האופי הקוונטי שלה. קרינת צ’רנקוב היא תופעה פיזיקלית ייחודית שבמשך שנים רבות שימשה ליישומים בדימות רפואי, איתור וזיהוי חלקיקים ומאיצי אלקטרונים מבוססי לייזר. פריצת הדרך של חוקרי הטכניון מחברת את התופעה הזו ליישומים עתידיים בתחומי המחשוב הקוונטי הפוטוני ומקורות אור קוונטיים מבוססי אלקטרונים חופשיים. Physical את המחקר שהתפרסם בכתב העת הובילו הדוקטורנטים יובל אדיב ושי Review X צסס בהנחיית הפרופסורים עדו קמינר וגיא ברטל מהפקולטה להנדסת חשמל ומחשבים ע״ש ויטרבי. האינטראקציה בין אלקטרונים חופשיים לאור עומדת בבסיסן של שלל תופעות קרינה המוכרות לנו כיום, והיא הובילה למספר רב של יישומים במדע ובתעשייה. אחד האפקטים המפורסמים ביותר הנמנה במשפחה זו של אינטראקציות הוא קרינת צ’רנקוב - קרינה אלקטרומגנטית הנפלטת כשחלקיק טעון, דוגמת אלקטרון, עובר בתווך במהירות הגדולה מימין לשמאל: יובל אדיב, שי צסס, פרופ’ עדו קמינר ורפאל דהן