الماس میکروسکوپ نشان می دهد آهسته خزیدن از زمین باستان پوسته

کوانتومی الماس میکروسکوپ شامل یک آلاييده الماس اسلاید که توسط کوچک میدان مغناطیسی.

دانشگاه هاروارد PALEOMAGNETICS آزمایشگاه

در یک جدول در داخل مغناطیسی محافظ آزمایشگاه راجر فو یک دانشمند سیاره ای در دانشگاه هاروارد نشسته متوسط تدبیر است که گفتن عمیق داستان در مورد زمین شناسی گذشته است. کوانتومی الماس میکروسکوپ (QDM) متشکل از چند کویل الکترومغناطیسی پیچیده در اطراف یک دوربین کوچک لیزری و آنچه به نظر می رسد مانند یک گل رز رنگی, نمونه اسلاید. اسلاید نیست شیشه آن است که یک الماس دوپ شده با نقص حساس به کوچک میدان مغناطیسی. با استفاده از این الماس سنسور میکروسکوپ می توانید نقشه زمینه های حک شده در سنگ دانه ها در مقیاس کوچکتر از عرض یک تار موی انسان اجازه می دهد زمین شناسان به اذیت کردن تاریخ است که تکنیک های درشت را نادیده می گیرند.

فو آزمایشگاه با استفاده از میکروسکوپ برای بررسی شهاب سنگ ها برای سرنخ در مورد منظومه شمسی اولین روز کرونیکل بارش هزاران سال پیش از طاقدیس; و به عنوان دقیق این هفته در علم پیشرفتتشخیص برخی از اولین حرکات صفحات تکتونیکی زمین در باستان گدازههای. “این کاملا جدید اصل در علوم زمین,” فو می گوید. و آن را در ابتلا به. بنیاد ملی علوم پرداخت می شود برای فو تیم به ساخت میکروسکوپ در دانشگاه کالیفرنیا در برکلی و دانشگاه مینه سوتا در حالی که ناسا با بودجه یک سوم در موسسه تکنولوژی ماساچوست (MIT). او را به ساختمان دیگری برای یک هلندی آزمایشگاه. “راجر بوده است بزرگ Johnny Appleseed از QDMs می گوید:” رونالد Walsworth یک فیزیکدان در دانشگاه مریلند کالج پارک که پیشگام الماس تکنولوژی برخی از 15 سال پیش.

میکروسکوپ متکی بر نقص کوچک در الماس ایجاد شده هنگامی که یک اتم نیتروژن می زند دو کربن از شبکه بلور; ناخالصی در طبیعت وجود دارد اما همچنین می تواند تولید. نتیجه این است که یک جای خالی در کنار نیتروژن که تله الکترون که کوانتومی متحده حساس هستند: نور لیزر مایکروویو و میدان های مغناطیسی می تواند همه دستکاری سطح انرژی خود را و چرخش متحده است. الماس نقص هستند امیدوار کننده تکنولوژی برای میزبانی qubits منطقی عناصر در کامپیوترهای کوانتومی. اما برای آزمایش در فیزیک پایه مو خود را-ماشه مغناطیسی حساسیت می تواند آزار دهنده Walsworth می گوید. “سپس ما شروع به فکر کردن ‘اگر آن را بسیار حساس و شاید این ویژگی است نه یک اشکال؟'” Walsworth در نهایت در ارتباط با فو بود که مشتاق به بهره برداری از ویژگی های.

یک تجزیه و تحلیل از کریستال زیرکون بیش از 4 میلیارد سال از جک تپه در غرب استرالیا ارائه شده اولیه آزمون. سنتی paleomagnetic اندازه گیری با استفاده از ابررسانا سنسور پیدا کرده بود ضعف زمینه های حفظ در سنگ زیرکن, یک سرنخ که زمین تا به حال یک میدان مغناطیسی یک میلیارد و نیم سال زودتر از انتظار می رود. اما ابررسانا سنسور می تواند تنها اندازه گیری دمای رشته در سراسر سنگ زیرکن که به عنوان کوچک به عنوان motes از گرد و غبار. به مورد مداقه قرار دادن جک هیل نمونه در بهتری مقیاس فو قرار داده و آنها را بر روی الماس اسلاید و روشن اسلاید با یک لیزر سبز. نیتروژن خالی مراکز در ابتدا توسط کویل الکترومغناطیسی در پاسخ با ساطع کردن نور قرمز در روشنایی است که در گرو نمونه مغناطیس.

ظریف وضوح فضایی از QDM نشان داد این زمینه نمی آمد از کریستال’ فضای داخلی اما از رینگ آهن بود که احتمالا تشکیل بعدا در تاریخ خود را. زمینه های “دنیا هستند با سنگ زیرکن,” فو می گوید: دامن زدن به بحث در مورد ادعای 4 میلیارد ساله در زمینه.

در حال حاضر فو و همکاران خود اعمال این روش به دیگر سنگ ها از غربی, استرالیا—آن 3.2 میلیارد ساله Honeyeater بازالت. با استفاده از سنتی ابررسانا سنسور که هنوز هم ضرب و شتم QDM به صورت کلی حساسیت آنها را اندازه گیری میدان مغناطیسی نقاط قوت و جهت اسیر در 235 نمونه از سنگ. اما آنها نمی تواند مطمئن شوید این زمینه شد ازلی: بیش از طول عمر خود را Honeyeater بازالت شده بود عمیقا تغییر داده و دفن شده در زیر کف دریا که در آن آب بسیار زیاد و نژادها می تواند اجازه داده اند بعد منابع مغناطیس به آلودگي آن است. آن را تا به QDM به استنباط این که آیا آن میدان مغناطیسی بومی یا مهاجر.

خوب در مقیاس مغناطیسی نقشه ابزار های تولید شده نشان داد این زمینه نمی آمد از دانه هاي معدني اما از هاله اطراف آنها را که تشکیل داده بود در زیر آب تقریبا بلافاصله پس از گدازه به احتمال زیاد oozed از شکاف در کف دریا می گوید: Alec برنر نویسنده سرب از علم پیشرفت مطالعه و فو را دانشجوی کارشناسی ارشد. “از لحاظ فنی این بدان معناست که آنها نمی شکل با سنگ,” او می گوید. اما برای اهداف عملی که هاله شد فقط به عنوان قدیمی; تیم می توانیم با اعتماد به نفس است که در این زمینه شدند 3.2 میلیارد سال است.

میدان مغناطیسی زمین خطوط شیرجه رفتن به زمین در زاویه که افزایش از استوا به قطب. پس زمینه جهت حفظ در Honeyeater نمونه آشکار طول و عرض جغرافیایی که در آن بازالت تشکیل شده است. دهه گذشته تیم دیگری از زمین شناسان و تحليل باستان خاصیت مغناطیسی در نزدیکی 3.35-میلیارد-سال-سنگ قدیمی برای نشان دادن آنها شکل گرفته در حوزه های مختلف “paleolatitude.” از تفاوت در عرض های جغرافیایی, Fu گروه محاسبه شده است که پوسته زمین منتقل حداقل برخی از 2 سانتی متر در هر سال در طول این span از 150 میلیون سال است. “که تقریبا قابل مقایسه با مدرن بشقاب حرکت” برنر می گوید.

نتیجه “است که خود را کاملا یک دستاورد می گوید:” Jun Korenaga یک متخصص ژئوفیزیک در دانشگاه ییل و مطالعات نشان می دهد حتی در سنگ می تواند پین کردن زمانی که تکتونیک صفحه ای آغاز شد. معتبر استدلال بر اساس چه سریع نوزاد زمین سرد قرار داده و شروع در هر نقطه از 4.5 میلیارد سال پیش به زودی و پس از زمین سازند تا 3 میلیارد سال پیش. “اگر آنها می توانند با دنبال کردن این مسیر و رفتن عمیق تر در زمان خواهد بود که جالب” Korenaga می گوید.

شهاب سنگ ها و کپسول زمان از اوایل منظومه شمسی یکی دیگر از طبیعی موضوع برای QDM فو می گوید. در یک مطالعه جدید پذیرفته شده در مجله تحقیقات ژئوفیزیک: سیاراتفو با استفاده از میکروسکوپ برای زوم کردن روی سولفید رینگ از یک کریستال قطرات از کهن ذوب شدن در عرض یک شهاب سنگ که احتمال تشکیل فراتر از مشتری است. فقط 100 میکرومتر عرض رینگ هستند بیش از حد کوچک برای تکنیک برای جداسازی و اندازه گیری, اما QDM نشان داد ضعیف اثر مغناطیس. همراه با گذشته اقدامات قوی تر زمینه در یک شهاب سنگ تشکیل شده و نزدیک به خورشید پیدا کردن نشان می دهد که 4.6 میلیارد سال پیش دیسک از مواد که باعث به سیارات ممکن است تا به حال تکه تکه میدان مغناطیسی. فو می گوید که نشان می دهد مغناطیس نه فقط گرانشی دینامیک ممکن است نقش مهمی در سیارات’ coalescence از دیسک.

به خانه نزدیک تر دانشمندان به مدت طولانی استفاده می شود غار سازند سنج, بارش بر اساس نسبتهای ایزوتوپ اکسیژن چپ در طاقدیس و استالاگمیت توسط تراوش آب. اما نسبت ایزوتوپ می تواند یک شاخص غیر قابل اعتماد. آب نیز شناخته شده است به سپرده مغناطیسی میکروسکوپی دانه برداشت از خاک و سنگ در مقدار متفاوت است که با بارش باران ، در نمونه های جمع آوری شده از برزیل انبوه فو تیم نشان داد که QDM به نظر می رسد قادر به اندازه گیری آن دانه abundances در طول زمان به عنوان یک پروکسی برای بارش باران, او می گوید. این امر “باز کردن یک کل جدید منبع اطلاعات در مورد گذشته تغییر محیط زیست می گوید:” جاشوا فینبرگ یک زمین شناس در دانشگاه مینه سوتا, شهرهای دوقلو.

اگر چه آن را تنها به مهاجرت به چند آزمایشگاه تا کنون QDM می تواند تبدیل شدن به ابزاری برای حل و فصل بحث ادعای paleomagnetism می گوید کلر نیکولز, یک زمین شناس در دانشگاه MIT. نیکولز گزارش شده پیدا کردن میدان مغناطیسی در 3.7-میلیارد-سال-سنگ قدیمی از گرینلند—یکی دیگر از نشانه های اولیه دینام مغناطیسی بر روی زمین است. یک QDM نقشه را تقویت که ادعا می کنند. “این در حال حاضر رفتن به تبدیل شدن به استاندارد طلا,” او می گوید.

tinyurlis.gdv.gdv.htclck.rushrtco.de