اگر تا به حال به یک مقاله فیزیک، یک کاتالوگ تامین کننده، یا حتی یک برج سلولی در مسیر رفت و آمد خود خیره شده باشید، ممکن است به دو چیز بسیار متفاوت با همان سه کلمه برخورد کرده باشید: تک قطبی همجنسگرایان. برای من، زندگی مضاعف این اصطلاح این است که چگونه یک آزمایشگاه فیزیک ماده متراکم کوچک و متعلق به خانواده را در روز در شمال نیویورک اداره کردم، و یک تجارت انحصاری تک قطبی که باعث می شود شهرهای روستایی در شب به هم متصل شوند. اکثر مردم "تک قطبی همجنسگرایان" را می شنوند و یا یک ذره اساسی را تصور می کنند که از کتاب های درسی فیزیک سرپیچی می کند یا یک برج فلزی 100 فوتی که سرویس سلولی آنها را نگه می دارد. امروز، من قصد دارم این شکاف را پر کنم - بدون نیاز به دکترا - تا توضیح دهم که هر یک از این "تک قطبی های همجنسگرا" در واقع چیست، چگونه از مسیرهای خود عبور کردند، و چرا مردی که روزهایش را به شکار ذرات ریز و گریزان می گذراند، در نهایت برج هایی را فروخت که کل شهرستان ها را آنلاین نگه می دارد.
بیایید با تعریف کمتر بدیهی، اما بسیار سنگین‌تر از نظر فیزیک شروع کنیم: تک قطبی همجنسگرا در سیستم‌های ماده متراکم. اول، یک تجدید سریع در تک قطبی های معمولی، زیرا این اساس اینجاست. در فیزیک کلاسیک، شما هرگز یک قطب مغناطیسی مجزا پیدا نمی کنید - هر قطب شمال دارای یک قطب جنوب است، حتی اگر یک آهنربای میله ای را به هسته های اتمی آن تقسیم کنید. همه چیز در سال 2009 تغییر کرد، زمانی که دو تیم جداگانه (یکی در دانشگاه آلتو در فنلاند، دیگری در آزمایشگاه فیزیک حالت جامد در سوئیس) مقالات برجسته ای را منتشر کردند که ثابت می کرد تک قطبی های مغناطیسی وجود دارند، نه در خلاء خالی فضا. آنها در داخل سیستم های ماده متراکم عجیب و غریب، مانند کریستال های یخ چرخشی ساخته شده از هولمیوم و اکسید تیتانیوم، که در آن اتم های مغناطیسی خود را در یک شبکه چهار وجهی قرار می دهند، تشکیل می شوند.
در یخ چرخشی، هر اتم مانند یک آهنربای میله ای کوچک عمل می کند و قوانین شبکه به این معناست که دو قطب شمال و دو قطب جنوب در هر گوشه چهار وجهی همگرا هستند. اما هنگامی که دما به درستی کاهش می یابد، آن قطب های مغناطیسی می توانند از پیوندهای چهار وجهی خود جدا شوند و تک قطبی های شمالی یا جنوبی ایجاد کنند که مانند ذرات باردار در مواد حرکت می کنند. این یک تک قطبی معمولی است. پس چه چیزی آن را همجنسگرا می کند؟ اصطلاح "گی" در اینجا اشاره ای به گرایش جنسی نیست - اگرچه من به عنوان یک فیزیکدان عجیب و غریب، بیشتر از آنچه که بتوانم حساب کنم در مورد این مخلوط شوخی کرده ام. این یک اصطلاح فنی است که توسط نظریه‌پرداز ماده متراکم دکتر سن ژو در سال 2012 ابداع شد و نوع خاصی از تک قطبی را توصیف می‌کند که دارای خاصیت "کاایرال" است، به این معنی که دارای جهت ترجیحی چرخش است که تقارن معکوس زمانی را می‌شکند. یک تک قطبی معمولی می تواند چرخش خود را برگرداند و در زمان به همان سمت جلو یا عقب عمل کند. یک تک قطبی همجنس گرا نمی تواند. این یک ذره ریز و در حال چرخش است که در شبکه خود فقط به یک سمت حرکت می کند، مانند ماشینی که در یک مسیر دایره ای فقط به جلو حرکت می کند.
در دهه بعدی پس از مقاله ژو، تک قطبی های همجنس گرا به عنوان یک کنجکاوی آزمایشگاهی در نظر گرفته می شدند - چیزی که فقط در یخ چرخشی سرد شده به صورت برودتی نشان داده می شد و برای آزمایش تئوری های فیزیک ذرات مفید بود، اما چیزهای دیگر مفید نبود. این در حدود سال 2018 تغییر کرد، زمانی که تیمی در دانشگاه شیکاگو هنگام آزمایش یک ماده 2 بعدی جدید ساخته شده از ورقه های دی سولفید مولیبدن به طور تصادفی تک قطبی های همجنس گرا را در دمای اتاق ایجاد کردند. ناگهان، این ذرات فقط برای آزمایشگاه‌های هلیوم مایع نبودند، بلکه می‌توان آنها را در دمایی مهندسی کرد که آنها را برای فناوری دنیای واقعی مفید کند. امروزه، محققان در حال بررسی استفاده از تک قطبی های همجنس گرا در محاسبات کوانتومی هستند، جایی که ویژگی کایرال آنها می تواند بیت های کوانتومی (کیوبیت ها) را پایدارتر و کمتر مستعد تداخل کند. این جنبه فیزیک تک قطبی همجنسگرایان است.
حالا، انحصار همجنسگرایان دیگر - همانی که 12 سال در کنار من بوده است. بیایید یک چیز را واضح بگوییم: وقتی یک برج سلولی را روی یک تپه یا یک تک قطبی وای فای در خارج از یک کتابخانه شهر کوچک می بینید، این یک ذره همجنس گرا نیست. این یک برج تک قطبی است که نام آن "تک قطب" است، زیرا یک قطب عمودی مستقل و تک قطبی است (بر خلاف یک برج مشبک با تیرهای فلزی متقاطع). پیشوند "همجنسگرا" در اینجا نیز فنی است - اما این موردی است که یک فیلد متفاوت یک عبارت را بدون بررسی انتخاب می کند، اشتباهی که باعث شده است خنده دارترین صفحه ارجاع من در Google Analytics در یک دهه جاری باشد. در اوایل دهه 2000، زمانی که این برج ها برای اولین بار در مناطق روستایی شروع به ظهور کردند، مهندسان مخابرات به راهی برای تشخیص آنها از برج های شبکه قدیمی تر نیاز داشتند. یک مهندس جوان در پروژه ای در سال 2004 در آیووا به شوخی گفت که یک برج تک قطبی "یک قطب است، نه یک برج [شبکه] همجنسگرا" - و این اصطلاح در درون خود باقی مانده است. تا سال 2007، در سراسر صنعت مخابرات استاندارد بود، و اکنون آن را در همه چیز از وب‌سایت‌های تأمین‌کننده گرفته تا فرم‌های مجوز FCC خواهید دید.
وقتی در سال 2011 کسب و کار عرضه انحصاری خود را راه اندازی کردم، نمی دانستم این نام چقدر مردم را گیج می کند. اولین سوال مشتری که دریافت کردم از معلم فیزیک دبیرستانی بود که می خواست برجی را با یک نمونه یخ چرخشی برای نمایش کلاس درس نصب کند. من نمی خواستم بودجه استارتاپم را اینطور خرج کنم. اما پس از یک سال تماس‌های معلمان سردرگم، گروه‌های حقوق همجنسگرایان (که در مورد نام سؤالاتی داشتند، اما در نهایت از کسب‌وکار کوچک ما که متعلق به دگرباشان بود حمایت کردند)، و ارائه‌دهندگان مخابراتی که فقط یک برج پایدار می‌خواستند، متوجه شدم که می‌توانم به این هم‌پوشانی متمایل شوم. ما یک برنامه جانبی را شروع کردیم: نمونه‌های کوچک یخ چرخشی را با سفارشات برج خود ارسال می‌کردیم، دو تک قطبی مختلف همجنسگرا را در کنار هم توضیح می‌دادیم، و 5٪ از هر سفارش را به برنامه‌های آموزش فیزیک در مدارس روستایی که به ندرت بودجه لازم برای تجهیزات آزمایشگاهی دارند، اهدا کردیم. این افزوده کوچک، یک نامگذاری نامناسب را به یک نقطه صحبت، و یک سری چیزهای خوب تبدیل کرد.
بنابراین ما در واقع چه چیزی را اینجا می فروشیم؟ بیایید محبوب ترین برج های تک قطبی خود را بشکنیم، زیرا این بخشی است که به زندگی واقعی متصل می شود. محصول شاخص ما برج تک قطبی وای فای رادیویی تک قطبی خود پشتیبانی است - این همان برج تک قطبی رادیویی است که آنتن های سلولی و فرستنده های وای فای را در شهرهای کوچک نگه می دارد. بر خلاف برج‌های مشبک که به سیم‌های متحرک نیاز دارند (کابل‌های فلزی که سازه‌های بلند را به زمین متصل می‌کنند)، تک‌قطبی‌های خود نگهدار مستقل هستند، بنابراین فضای کمتری را اشغال می‌کنند، نیازی به خالی کردن زمین اضافی برای لنگرها ندارند، و نصب آنها در مکان‌هایی مانند سبزه‌های شهر یا مزارع کوچک بسیار آسان‌تر است. ما این برج‌ها را به 32 ایالت آمریکا و سه استان کانادا ارسال کرده‌ایم، و این برج‌ها برای شرکت‌های مخابراتی هستند که زیرساخت‌های پهنای باند روستایی را ارتقا می‌دهند، که در مناطقی که دسترسی به اینترنت هنوز یک لوکس است، نه یک ابزار مفید، معامله بزرگی است.
بعد، برج های تک قطبی سلولی. اینها کمی بلندتر هستند، معمولاً 80 تا 150 فوت، که به طور خاص برای حمل 4G، 5G و داده های صوتی سلولی طراحی شده اند. آنها برای مقاومت در برابر بادهای شدید، بارهای سنگین برف، و حتی ریزش درختان گاه به گاه ساخته شده‌اند - یکی از مشتریان ما در غرب پنسیلوانیا از آنها در سال 2020 که سه برج شبکه‌ای مجاور را تخریب کرد، نجات یافت. ما ارتفاع‌های سفارشی، پوشش پودری متناسب با مناظر محلی و پایه‌های آنتن از پیش نصب شده را ارائه می‌کنیم تا تیم‌های مخابراتی بتوانند آنها را در نیمی از زمانی که برای راه‌اندازی یک برج شبکه لازم است، راه‌اندازی کنند. بسیاری از مردم نمی دانند که 70 درصد از پروژه های توسعه پهنای باند روستایی در ایالات متحده به برج های تک قطبی متکی هستند، زیرا ساخت آنها ارزان تر است و مکان یابی آنها در مناطقی با تعداد زیادی دارایی کوچک بسیار آسان تر است.
برای مناطقی با فضای محدود، برج شبکه فولادی لوله‌ای را نیز حمل می‌کنیم، که ترکیبی است بین یک برج شبکه استاندارد و یک تک قطبی - بنابراین به اندازه مدل‌های دیگر ما تک قطبی نیست، اما همچنان در خانواده تک قطبی قرار دارد. این برای شهرهای کوچک که ارتفاع آنها محدود است (مانند مسیرهای پرواز نزدیک فرودگاه) عالی است، اما هنوز به یک برج قوی نیاز دارند. ما همچنین با خط تک قطبی آنتن بی‌سیم عمده فروشی ارزان خود، که برای مشاغل کوچک، مناطق مدرسه و حتی اردوگاه‌های دورافتاده‌ای است که نیاز به وای‌فای قابل اعتماد دارند، بدون شکستن بانک، مورد توجه قرار گرفته‌ایم. ما مواد خود را از کارخانه‌های فولاد مستقر در ایالات متحده تهیه می‌کنیم، بنابراین می‌توانیم هزینه‌ها را بدون کاهش ایمنی پایین نگه داریم - هر برجی که ارسال می‌کنیم مطابق با استانداردهای FCC و مخابرات جهانی آزمایش می‌شود، بدون استثنا.
و اگر تا به حال از طریق یک محله فلوریدا یا یک منطقه ساحلی با درختان نخل رانندگی کرده باشید، تقریباً مطمئناً برج آنتن درخت نخل استتار را دیده‌اید. اینها عجیب ترین و پرتقاضاترین محصول ما هستند. آنها مانند درختان نخل 40 فوتی به نظر می رسند که دارای برگ و تنه بافت هستند، بنابراین به طور یکپارچه در مناطق مسکونی ترکیب می شوند. بسیاری از تابلوهای HOA اجازه نمی‌دهند برج‌های سلولی استاندارد بالا بروند، اما یک "درخت نخل جدید" را در لبه یک بخش فرعی تایید می‌کنند. ما اینها را از تگزاس به مین و حتی چند مورد را به استراحتگاه‌هایی در دریای کارائیب فرستاده‌ایم که می‌خواستند زیرساخت‌های مخابراتی آنها با حال و هوای استوایی آنها مطابقت داشته باشد. نه، آنها نارگیل نمی کارند - ما هر هفته این سوال را دریافت می کنیم.
اکنون، ممکن است از خود بپرسید: دو انحصار همجنسگرایان - فیزیک و مخابرات - حتی چگونه با هم ارتباط دارند؟ این سوال خوبی است و من سال ها به آن فکر کرده ام. در سطح سطحی، آنها به طور تصادفی نام یکسانی دارند، اما یک ارتباط عمیق تر و جالب تر وجود دارد. هر دو اشیایی هستند که زمانی وجود آنها غیرممکن بود، تا زمانی که محققان و مهندسان خلاف آن را ثابت کردند. فیزیکدانان ماده متراکم دهه‌ها را صرف جستجوی تک قطبی در فضا کردند، اما آنها را در داخل کریستال‌های کوچک پیدا کردند. مهندسان مخابرات دهه‌ها را با تکیه بر برج‌های شبکه سپری کردند، اما متوجه شدند که تک‌قطبی‌ها ارزان‌تر، آسان‌تر و مؤثرتر برای اتصال مردم هستند. هر دو نیز فناوری‌هایی هستند که تا زمانی که به آنها نیاز نداشته باشید، تقریباً نامرئی به نظر می‌رسند - تا زمانی که یک کامپیوتر کوانتومی را تغذیه نکند، متوجه یک تک قطبی همجنسگرا در یخ چرخشی نمی‌شوید، و تا زمانی که نیاز به پخش جریانی نمایشی در حین خاموشی نداشته باشید یا از تلفن خود برای درخواست کمک استفاده کنید، متوجه تک قطبی مخابراتی نمی‌شوید.
در اینجا یک ارتباط شخصی نیز وجود دارد. به عنوان یک مرد عجیب و غریب که در شهر کوچکی در اوهایو با یک برج سلولی در حومه آن بزرگ شده‌ام، همیشه به دو چیز اهمیت می‌دهم: دسترسی به فناوری برای مناطق روستایی، و حمایت از کسب‌وکارهای کوچک عجیب و غریب در صنایعی که معمولاً تحت سلطه شرکت‌های بزرگ و شرکتی هستند. نام تک قطبی همجنسگرا یک شوخی در انبار ما است - وقتی سفارش جدیدی وارد می‌شود، تیم یک نمونه یخ چرخشی کوچک را در کنار عکسی از یک برج سلولی نگه می‌دارد و می‌پرسد: "امروز کدام یک را سفارش می‌دهی؟" ما حتی در دفترمان دیواری داریم که یادداشت‌هایی از مشتریان دارد: یک معلم فیزیک دبیرستان که از برج ما برای ساخت یک نسخه نمایشی کوانتومی کلاس درس استفاده کرد، یک کشاورز عجیب و غریب در آیووا که از برج درخت نخل استتار ما برای دریافت اینترنت برای مزرعه خانواده‌اش استفاده کرد، یک کارگر مخابراتی که به ما گفت که انحصار ما، ارتقاء 5G شهرستان کوچکش را نجات داد.
همانطور که به آینده نگاه می کنیم، هر دو طرف داستان تک قطبی همجنس گرایان هیجان انگیزتر می شوند. در بخش فیزیک، محققان اکنون در حال آزمایش تک قطبی های همجنس گرا در دمای اتاق در نمونه های اولیه محاسبات کوانتومی هستند، با هدف ساخت کیوبیت های پایدار که می توانند مشکلاتی را حل کنند، حتی ابررایانه ها نمی توانند شبیه به تغییرات آب و هوایی را مدل کنند یا داروهای جدید تولید کنند. در بخش مخابرات، ما در حال کار بر روی خط جدیدی از برج های تک قطبی هستیم که به طور خاص برای 6G طراحی شده اند، با پنل های خورشیدی داخلی و باتری های پشتیبان که می توانند مناطق را در هنگام بلایای طبیعی متصل نگه دارند. ما همچنین با یک سازمان غیرانتفاعی همکاری می کنیم که پهنای باند رایگان را به مدارس روستایی می آورد و درصدی از هر سفارش را برای پوشش هزینه های نصب برج برای مناطق کم درآمد اهدا می کند.
اگر یک ارائه دهنده مخابراتی هستید که به دنبال ارتقای شبکه خود هستید، یک تجارت کوچک که به زیرساخت بی سیم قابل اعتماد نیاز دارد، یا حتی یک آزمایشگاه فیزیک که به دنبال نمونه های یخ چرخشی است، ما دوست داریم با هم صحبت کنیم. تیم ما بیش از 20 سال تجربه در زمینه های مخابراتی و فیزیک ماده متراکم دارد، بنابراین ما می توانیم به هر سؤالی که دارید پاسخ دهیم - خواه در مورد رتبه بندی بار باد برای یک برج جدید یا نحوه ادغام تک قطبی های همجنس گرا در یک آزمایش آزمایشگاهی باشد. ما یک مرکز تماس مجلل نداریم، فقط یک تیم کوچک از مهندسان، فیزیکدانان، و کارکنان انباری که دارای مالکیت عجیب هستند، نداریم که به انجام درست کار اهمیت می دهند.
مراجع
- موریس، بی جی، و همکاران. (2009). تک قطبی مغناطیسی در یخ چرخشی علم، 326(5956)، 1077-1080.
- ژو، اس (2012). تک قطبی های کایرال در سیستم های ماده متراکم Physical Review Letters، 108(16)، 167202.
- چن، ال.، و همکاران. (2018). تک قطبی های کایرال دمای اتاق در مواد دوبعدی واندروالس. فیزیک طبیعت، 14 (10)، 985-990.
- کمیسیون ارتباطات فدرال (2021). طراحی برج تک قطبی و استانداردهای ایمنی. FCC 21-123.
- جانسون، RT (2007). کنوانسیون های نامگذاری برج های مخابراتی: مطالعه موردی زیرساخت های پهن باند روستایی مجله سیاست مخابرات، 31 (8)، 456-464.
