بمبهاي الكترومغناطيسي سلاح تازه اي كه ساخت آن بسيار ساده و تأثير آن كاملاً گسترده است ، نگراني هايي را براي دانشمندان و دولتمردان بوجود آورده است . به نوشته هفته نامه علمي نيوساينتيست اين سلاح مؤثر « بمب الكترو مغناطيسي » نام دارد كه اساس و عصاره آنها چيزي نيست جز يك پرتو شديد و آني از موجهاي راديويي يا مايكروويو كه قادر است همه مدارهاي الكتريكي را كه در سر راهش قرار گيرد ، نابود سازد . در دوراني كه بافت و ساخت تمامي جوامع تا حدود بسيار زيادي به دستاوردهاي علمي از نوع الكترونيكي وابسته است و همه امور از تجهيزات بيمارستانها تا شبكه هاي مخابراتي و از رايانه هاي بانكها و مؤسسات بزرگ مالي يا نظامي تا دستگاههاي نظارت و مراقبت ، نحوه كار ماشينها و ادوات صنعتي همگي متكي به ساختارهاي الكترونيك هستند ، كاربرد بمبهاي الكترو مغناطيس مي تواند سبب فلج شدن روند زندگي در مناطق بزرگ مسكوني شود . به اعتقاد برخي كارشناسان به نظر مي رسد كشورهاي پيشرفته پيشاپيش چنين سلاحي را تكميل كرده اند و حتي برخي بر اين باورند كه ناتو در جريان جنگ عليه صربستان از اين قبيل بمبها براي تخريب دستگاههاي رادار صربها بهره گرفته است . توجه به بمبهاي الكترو مغناطيس حدود نيم قرن قبل مطرح شد . متخصصان در آن هنگام به اين نكته توجه كردند كه اگر بمبي هسته اي منفجر شود ، امواج الكترومغناطيسي كه در اثر انفجار پديد مي آيد تمامي مدارهاي الكترونيك را نابود مي سازد . اما مسئله اين بود كه به چه ترتيب بتوان موج انفجار را ايجاد كرد بدون آنكه نياز به انجام يك انفجار هسته اي باشد ؟ دانشمندان مي دانستند كه كليد حل اين مسئله در ايجاد پالسهاي ( تپ هاي ) الكتريكي كه با عمر بسيار كوتاه و قدرت زياد نهفته است . اگر اينگونه پالسها به درون يك آنتن فرستنده تغذيه شوند ، امواج الكترومغناطيس قدرتمندي در فركانسهاي ( بسامد ) مختلف از آنتن بيرون مي آيند ، هر چه فركانس موج بالاتر باشد ، امكان تأثيرگذاري آن بر مدارهاي الكترونيك دستگاهها بيشتر خواهد شد . بزودي اين نكته روشن شد كه مناسب ترين امواج الكترومغناطيس براي ساخت بمبهاي الكترومغناطيس امواج با فركانس در حدود گيگا هرتز است . اين نوع امواج قادرند به درون انواع دستگاههاي الكترونيك نفوذ كنند و آنها را از كار بيندازند . براي توليد امواج با فركانس گيگاهرتز نياز به توليد پالسهاي الكترونيكي بود كه تنها 100 پيكو ثانيه تدوام پيدا كنند . يك شيوه توليد اين نوع پالسها استفاده از دستگاهي به نام « مولد ژنراتور ماركس » بود . اين دستگاه عمدتاً متشكل است از مجموعه بزرگي از خازنها كه يكي پس از ديگري تخليه مي شوند و نوعي جريان الكتريكي موجي شكل بوجود مي آورند . با گذراندن اين جريان از درون مجموعه اي از كليدهاي بسيار سريع مي توان پالسهايي با دوره زماني 300 پيكوثانيه توليد كرد . با عبور دادن اين پالسها از درون يك آنتن ، امواج الكترومغناطيسي بسيار قوي توليد مي شود . مولدهاي ماركس سنگين هستند اما مي توانند پشت سرهم روشن شوند تا يك سلسله پالسهاي قدرتمند را به صورت متوالي توليد كنند . اين نوع مولدها هم اكنون در قلب يك برنامه تحقيقاتي قرار دارند كه بوسيله نيروي هوايي آمريكا كانزاس در دست اجراست . هدف اين برنامه جاي دادن مولدهاي ماركس روي هواپيماهاي بدون خلبان يا در درون بمبها و موشكهاست تا از اين طريق نوعي « ميدان مين الكترومغناطيس » براي مقابله با دشمن ايجاد شود . اگر هواپيما يا موشك دشمن از درون اين ميدان مين الكترومغناطيس عبور كند ، بلافاصله نابود خواهد شد . اگر لازم باشد تنها يك انفجار عظيم به انجام رسد ، به دستگاهي نياز است كه بتواند يك پالس الكترونيكي بسيار قدرتمند را بوجود آورد ؛ اين كار را مي توان با استفاده از مواد منفجره متعارف نظير « تي . ان . تي » انجام داد . دستگاهي كه اين عمل را به انجام مي رساند ، « متراكم كننده شار » نام دارد . در اين دستگاه از انفجار اوليه يك ماده منفجره متعارف براي فشرده كردن يك جريان الكتريكي و ميدان الكترومغناطيسي توليد شده بوسيله آن استفاده مي شود. زماني كه اين جريان فشرده شد ، به درون يك آنتن فرستاده مي شود و يك موج الكترومغناطيس بسيار قدرتمند از آنتن بيرون مي آيد . نيوساينتيست مي افزايد : طرح تكميل دستگاههاي متراكم كننده شار از سوي نيروي هوايي آمريكا در ايالت نيو مكزيكو در دست تكميل است . از جمله طرحهايي كه براي كاربرد اين دستگاه در نظر گرفته شده ، جاي دادن آنها در بمبهايي است كه از هواپيما به پايين پرتاب مي شود و نصب آنها در موشكهاي هوا به هواست . امتياز بزرگ بمبهاي الكترومغناطيس در دو نكته است : نخست آنكه اين بمبها مستقيماً جان انسانها را به خطر نمي اندازد و تنها بر دستگاههاي الكترونيك اثر مي گذارد ؛ و نكته دوم آنكه ساخت آنها بسيار ساده است . بمبهاي الكترومغناطيس در صورتي مي توانند بالاترين خسارت را وارد آورند كه فركانس امواجشان با فركانس دستگاههايي كه به آنها وارد مي شوند يكسان باشد . بنابراين براي ايجاد مصونيت در دستگاههاي الكترونيكي كه در مراكز حساس كار مي كنند ، مي توان طراحي مدارها را به گونه اي انجام داد كه اولاً ميان بخشهاي مختلف ، سپرهاي محافظتي موجود باشد و ثانياً در ورودي اين قبيل دستگاهها بايد صافيها و سنجنده هايي را قرار داد كه بتواند علامتهاي مورد نياز و امواج حاصل از انفجار را تشخيص دهند و مانع ورود اين قبيل امواج شوند .
پاسخ : مرتبط با مغناطیس و الکترومغناطیس - آهنربايي كره زمين 1 - زمينه با پيدايش آهنربا ، پس از گذشت زمان كوتاهي پي بردند كه كرة زمين نيز خاصيت آهنربايي دارد ؛ تا آنجا كه نام قطب هاي آهن ربا را را بر اساس نام قطب هاي زمين نام گذاري كردند . به دنبال آن ، براي اولين در سال 1600 ميلادي ، توسط « گيلبرت » زمين به عنوان يك آهنرباي بزرگ معرفي شد .براي دليل وجود خاصيت مغناطيسي در كرة زمين ، نظريه هاي متفاوتي از آغاز شناخت آن تا كنون ، ارائه شده است و حتي بعضي مي گفتند ، خاصيت مغناطيسي كرة زمين ، تحت تأثير كره هاي ديگر است . اما آخرين نظريه ، اين خاصيت را به مواد مذاب داخل كرة زمين مربوط مي داند . 2 - خاصيت مغناطيسي كرة زمين يكي از ويژگي هاي مهم كرة زمين ، وجود خاصيت آهنربايي در آن است و مانند اين است كه درون كرة زمين ، آهنرباي بسيار بزرگي قرار داده شده است و تا كنون ، نظريه هاي گو ناگوني براي علت آن ارائه شده است . آخرين نظريه اين است كه درون كرة زمين ، مواد مذاب در حال حركت وجود دارد و بيشتر اين مواد ، از جنس آهن و نيكل هستند . هنگامي كه اين مواد حركت مي كنند ، در اطراف جريان هاي الكتريكي ضعيفي به وجود مي آورند كه در مجموع ، باعث مي شود كرة زمين ، خاصيت آهنربايي پيدا كند و در اطراف كرة زمين ، ميدان مغناطيسي به وجود مي آيد . ما روي آهنرباي بزرگي به نام «زمين » زندگي مي كنيم . چندين سيارة ديگر از سياره هاي منظومه شمسي نيز ، ميدان مغناطيسي دارند كه از جمله آنها مي توان از عطارد و مشتري نام برد . اين خاصيت در خورشيد و بسياري ستاره هاي ديگر نيز ديده مي شود . خاصيت مغناطيسي كرة زمين ، نقش بسيار مهمي در جهت يابي كشتي ها و هواپيماها دارد . شمال و جنوب مغناطيسي زمين ثابت نيست و در فاصله هاي زماني ، به ميزان قابل ملاحظه اي تغيير مي كند . 3 - زاويه انحراف چنانچه به كمك عقربة مغناطيسي به طرف قطب شمال يا جنوب برويم ، به قطب شمال و جنوب واقعي كرة زمين نمي رسيم . علت اين است كه قطب شمال و جنوب جغرافيايي و مغناطيسي كرة زمين ، با هم يكي نيست ؛ يعني اينكه قطب شمال مغناطيسي زمين ، درست روي قطب شمال جغرافيايي زمين قرار ندارد و اگر دو قطب جغرافيايي و مغناطيسي زمين را توسط خطي فرضي به به نام « محور » به هم وصل كنيم ، بين دو محور مغناطيسي و محور جغرافيايي زمين ، زاويه اي ساخته مي شود كه به آن ، زاوية انحراف گويند . اين زاويه ، به مرور زمان ، جزئي تغيير مي كند و ثابت نمي ماند ، و اندازة آن در نقاط مختلف زمين متفاوت است . زاوية انحراف در جهت يابي هواپيماها و كشتي ها بسيار مهم است . هم اكنون قطب شمال مغناطيسي كرة زمين ، در شمال كانادا قرار دارد . 4 - زاويه ميل مطالعة مغناطيسي زمين ، نشان مي دهد كه خط هاي ميدان مغناطيسي زمين افقي نيست و با سطح زمين زاويه اي مي سازد همچنين مي دانيم خاصيت مغناطيسي يك آهنربا در نقاط مختلف آن متفاوت است و در دو قطب آن ، اين خاصيت بيشتر است . به همين ترتيب ، خاصيت آهنربايي كرة زمين در دو قطب بيشتر است . پس اگر يك عقربة مغناطيسي آزاد باشد تا بتواند در راستاي عمودي نيز حركت كند ، نوك اين عقربه نزديك قطب ها به زمين متمايل مي شود و در خط استواي مغناطيسي عقربه ، افقي قرار مي گيرد و در قطب ها ، به عنوان مثال قطب شمال ، نوك عقربه n آن ، عمود بر سطح افقي خواهد شد . پس محور مغناطيسي عقربه هاي مغناطيسي در مكان هاي مختلف استوا تا قطب ، نسبت به سطح افق تغيير كرده و زاويه اي با افق مي سازد ؛ اين زاويه را زاوية ميل گويند . پس زاويه ميل ، زاويه اي است كه محور مغناطيسي عقربه با سطح افق مي سازد همچنين اين زاويه ، در جهت يابي هواپيماها و كشتي ها نقش بسيار مهمي دارد ؛ در جغرافيا به اين زاويه ، عرض جغرافيايي گويند . 5 - كشف معدن هاي آهني زمين مطالعة ميدان مغناطيسي زمين براي هدف هاي علمي و عملي ، از اهميت به سزايي برخوردار است . وجود ميدان مغناطيس زمين ، انجام پاره اي از بررسي هاي مهم ديگر را ميسر كرده است ؛ از آن جمله ، مي توان از روش هاي اكتشاف و مطالعة ذخاير زمين نام برد . تحليل دقيق ميدان مغناطيسي زمين ، وسيلة توانمندي براي بررسي ذخاير معدني زمين است . در حال حاضر ، جست و جوي مغناطيس سنجي ، روش ژئوفيزيكي مهم و گسترده اي است كه براي اكتشاف و ذخاير معدني به كار مي رود . در زمين ، نواحي اي وجود دارد كه در آن جا كميت هاي مغناطيسي به طور ناگهاني تغيير مي كنند و مقاديري به خود مي گيرند كه با مقادير مربوط به محل هاي مجاور ، تفاوت زيادي دارند تفاوت زياد كميت هاي مغناطيسي در اين ناحيه ها ، ناشي از فشار تودة بزرگي از سنگ آهن هاي مغناطيسي در زير سطح زمين است ؛ به همين دليل ، مطالعة ناهنجاري هاي مغناطيسي ، دانسته هاي باارزشي در مورد وجود و محل مخزن هاي سنگ هاي مغناطيسي ارائه مي دهد . 6- مين هاي دريايي مواد مغناطيسي مانند آهن كه در ميدان مغناطيسي كرة زمين قرار گرفته باشند . به مرور زمان ، خاصيت مغناطيسي پيدا مي كنند ؛ مثلاً يك كشتي كه در آن آهن نيز به كار رفته است ، به مرور زمان آهنربا مي شود . از اين خاصيت براي به دام انداختن آن استفاده مي شود . عملكرد يك مين دريايي ، به گونه اي است كه خاصيت آهنربايي كشتي بر آن اثر گذاشته و فرمان انفجار صادر مي شود . در يك مين دريايي ، عقربه اي مغناطيسي قرار داده اند كه هنگام عبور كشتي از بالاي آن ، عقربه تحت تأثير قرار گرفته و مين از سطح زيرين دريا ، به سطح دريا مي رسد و سپس منفجر مي شود . براي خنثي كردن اين مين ها دو روش وجود دارد . الف ـ مغناطيس نيرومندي را با كابل هاي سيمي از زير هواپيما آويزان كرده و آن را نزديك سطح آب ، حركت مي دهند . آهنرباي قوي روي مين ها اثر گذاشته و آنها را خنثي مي كند . گاهي كابل سيمي دايره شكل را به طور شناور روي سطح آب قرار مي دهند و جرياني را از آن مي گذرانند ، كه بر اثر اين ميدان مغناطيسي يا جريان جريان ساز و كار ، مين ها عمل كرده ، بدون هيچ خسارتي منفجر مي شوند . ب ـ حلقه هايي از سيم عايق شده را به كشتي وصل كنند و جرياني را از آنها مي گذرانند ؛ به طوري كه ميدان مغناطيسي اين جريان مساوي و در خلاف ميدان مغناطيسي كشتي كشتي ( كه يك مغناطيس دائمي است ) باشد . وقتي اين ميدان ها با هم تركيب شوند ، يكديگر را خنثي مي كنند و كشتي بدون اين كه ساز و كار مين را به كار اندازند ، از روي آن مي گذرد . 7 - باستان شناسي مغناطيسي ميدان مغناطيسي زمين ، منظم و پايدار نيست ؛ بلكه با گذشت سال ها در يك محل معين ، مقدار متوسط زاوية انحراف و ميل تغيير مي كند . اين انحراف محور مغناطيسي و در نتيجه ، تغييرات زاويه انحراف و زاويه ميل در يك محل نسبت به زمان ، شاخة جديدي را در « باستان شناسي » به نام «باستانو مغناطيسي» ايجاد كرده است كه توسط آن ، عمر كوره ها ، اجاق ها و آتشكده هاي قديمي تعيين مي شود . اساس كار ، مبتني بر اين است كه بيشتر خاك رسهايي كه اين اجسام از آنها ساخته شده اند ، حاوي مقدار كمي مواد مغناطيسي اند . سمتگيري اين مواد مغناطيسي ، با گرم شدن در موقع استفادة عادي تثبيت شده است . با مقايسة جهت فعلي ميدان مغناطيسي زمين با جهت ميدان مغناطيسي اين مواد ، مي توان قدمت باستاني تقريبي آن ها را تعيين كرد . در مقياس طولاني تر زمان ( دوران زمين شناسي ) ، شواهدي وجود دارد كه نشان مي دهد محور مغناطيسي زمين در مدت چهار ميليون سال گذشته ، نه بار
پاسخ : مرتبط با مغناطیس و الکترومغناطیس - الكترونها در محيط پلاسمايي مثل گوسفنداني هستند كه در يك مرتع باشند. آنها به اطراف پرسه مي زنند و گاهي به سقلمه اي احتياج دارند تا باعث شود در راه مشخص گله قرار گيرند. چهاردهم نوامبر، يك تيم تحقيقاتي روشي را عرضه كرد كه با آن مي توان ديواري يكطرفه ساخت كه كه اجازه ي ورود الكترونها از يكطرف را مي دهد ولي الكترونهايي كه از طرف ديگر ديوار مي خواهند وارد شوند را مانع مي شود. اين روش جديدي براي به دام انداري الكترونها در محيط پلاسمايي است. اين ايده ما را به ياد "شيطانك ماكسول(Maxwell's Demon)" مي اندازد كه مي گفت فرض كنيد يك ظرف را با تيغه اي به دو قسمت تقسيم مي كنيم و يكطرفش را تا نصف از گاز پر مي كنيم. موجود هوشياري را در جلوي سوراخ بين دو نصفه ي ظرف قرار مي دهيم و او فقط مولكولهاي پرسرعت را انتخاب و به سمت ديگر هدايت مي كند. اين آزمايش نظري عملا غير قابل اجراست اما در اينجا با احتساب اينكه مقداري گرما هدر مي رود مي توان الكترونها را به دقت تفكيك كرد. (مثل همان كاري كه شيطانك جلوي دريچه در آزمايش ذهني ماكسول مي كرد!) قصه اينگونه است كه در يك راكتور گداخت بنام توكامك، محققان ميدان مغناطيسي براي نگه داري پلاسما در يك محل خاص بكار مي برند. يعني پلاسما را (كه مجموعه اي از الكترونهاست) درون ظرفي از جنس ميدان مغناطيسي قرار مي دهند. براي اينكار تعدادي از الكترونهاي پلاسما را در ميدان مغناطيسي مي اندازند كه باعث مي شود اين الكترونها دور حلقه اي شبيه به خانه ي حلزون بچزخند و اين خانه حكم ظرفي را دارد كه درونش پلاسما حبس مي شود. اما اين روش نيازمند اينست كه مقدار بسيار زيادي امواج راديويي به درون پلاسما فرستاده شود كه اين مقدار باعث گرم شدن بسياري از الكترونها و اتلاف گرمايي مي شود. نات فيش (Nat Fisch) از دانشگاه پرينستون (Princeton University) و همكارانش تصميم گرفتند كه انرژي لازم براي ظرف را بجاي اينكه به همه جا بفرستند فقط به يك منطقه ي كوچك بفرستند. اين ايده دو نوع ميدان مي خواهد. اول، يك لايه ي نازك از ميدانهاي الكترومغناطيس نوسان كننده مي خواهد كه بطور عمودي محوطه ي پلاسمايي را نصف مي كند و دوم، يك ميدان مغناطيسي ايستا مي خواهد. الكترونها ترجيح مي دهند كه از ديواره ي قوي و نوساني الكترومغناطيسي فاصله بگيرند بنابراين به عقب برميگردند اما ميدان مغناطيسي روي الكترونهاعمل مي كند و آنها را مجددا به جلو هدايت مي كند(مثل يك درب يكطرفه). نمايي از يك پلاسماي حبس شده در يك توكامك. توضيح كاملتر و واضحتر انست كه فرض كنيد يك الكترون به ديوار نزديك ميشود. ميدان مغناطيسي ايستا كه عمود بر ديوار است باعث مي شود كه الكترون روي مسيري حلزوني شكل به سمت ديوار جلو برود. در نزديكي هاي ديوار فركانس اين چرخش رو به جلو با فركانس نوسان ميدان الكترومغناطيسي ديوار هماهنگ مي شود و باعث مي شود كه الكترونها در جاي مشخصي از مدار چرخششان ناگهاني به سمت داخل كشيده شوند. اين شوت شدگي به سمت ديگر ديواره براي تمام الكترونها در همان جهت وجود دارد. يعني فرقي نمي كند كه الكترون به ديواره از كدام سمت نزديك شود. اگر الكتروني مثلا از سمت ديگر به ديوار نزديك شود، ميدان مغناطيسي ايستايي كه الكترونها را رو به يك سمت هدايت مي كند باعث دوري آن الكترون از ديوار مي شود. بنابراين مي بينيد كه ديوار اينجا مثل شيطانك ماكسول كه به يكسو تفكيك مي كرد عمل مي كند. حالا اين تيم در حال عملي كردن اين ايده هستند تا بتوانند با دو ديوار الكترونها را بين اين دو حبس كنند.
پاسخ : مرتبط با مغناطیس و الکترومغناطیس - خواص جديد مواد غير مغناطيسي يك شبكه غيرمغناطيسي، كه در تصوير 1 نشان داده شده است، ميتواند تقارن مشابه شبكه مغناطيسي، كه در تصوير 2 نشان داده شده است، داشته باشد. در اين حالت، هر دو شبكه به گونه اي تعريف ميشوند كه داراي تقارن سرگروه 12 كه دانشمندان آن را 4 {اِم اِم} 13 مينامند باشند. تصوير 1 (ماده غيرمغناطيسي): ساختار كريستالي غير مغناطيسي مربوط به استرونتيم تيتانات تشكيل شده است از استرونتيم (گوي هاي آبي)، تيتانيم (گوي هاي قرمز) و اكسيژن (گوي هاي زرد). نقشهاي خاكستري رنگ ساختار 8وجهي (اوكتتي) اكسيژن هستند كه ،همانطور كه با پيكان هاي سبز رنگ نشان داده شده است، خلاف جهت 8وجهي همسايه تاب ميخورند. » تهيه: ساوا دنو (14) ، پن استيت. يك شبكه مغناطيسي، كه در تصوير 2 نشان داده شده است، ميتواند تقارن مشابه شبكه غيرمغناطيسي، كه در شكل 1 نشان داده شده است، داشته باشد. در اين حالت، هر دو شبكه به گونه اي تعريف ميشوند كه داراي تقارن سرگروه كه دانشمندان آن را 4 {اِم اِم} مينامند باشند. تصوير 2 (ماده مغناطيسي): اين شبكه مغناطيسي، كه معادل شكل نشان داده شده در تصوير 1 است، شباهت بين چرخشهاي مغناطيسي (پيكان هاي سبز رنگ در شكل 2) و حلقه جريان الكتريكي (پيكان هاي سبز رنگ در شكل 1) را نشان ميدهد. » تهيه: ساوا دنو، پن استيت. يك تيم از محققين پن استيت (1) براي اولين بار نشان دادند كه تمام دسته هاي مواد غيرمغناطيسي، مانند آنهايي كه در اجزا برخي از كامپيوترها استفاده ميشوند، ميتوانند به طور قابل ملاحظه اي استفاده هاي بيشتري از آنجه كه دانشمندان تصور ميكردند داشته باشند. اين يافته ها به اين دليل اهميت دارند كه اطلاعات نامشخص قبلي در مورد ساختار اين مواد را آشكار ميكنند، شمار خواص بالقوه اي را كه آنها ميتوانند داشته باشند را بسط ميدهد. خواص يك ماده، مانند هدايت الكتريكي و استحكام مكانيكي، چيزهايي هستند كه سودمندي يك ماده را تعيين ميكنند. اين تحقيق در ژورنال فيزيكال ريويو لترز (2) منتشر خواهد شد. خواص يك ماده به وسيله ساختارش تعيين ميشود، يك محقق در مركز دانش نانو پن استيت، پروفسور مهندسي و دانش مواد و سرپرست پروژه، ونكاترامن گوپالان (3) توضيح داد. "اگر من در حال پياده روي يك سنگ حاوي كريستال كوارتز پيدا كنم،تنها بر پايه چيزي كه ما آن را تقارن (4) جسم -تعداد و ترتيب سطوح كريستالي آن- مي ناميم ميتوانستم به شما بگويم كه كريستال چه ويژگيهايي را داراست و چه ويژگيهايي را دارا نيست. تقارن نتيجه شيوه قرار گرفتن اتم ها در كوارتز است." او افزود: "اين يك شيوه بسيار قدرتمند جهت شناخت دنياي اطراف ماست." گمان ميشد مواد غيرمغناطيسي كه گوپالان و همكارانش مطالعه كردند يكي از 32 تقارن كريستال متفاوت -كه تقارنهاي سرگروه شناخته ميشدند- را داشته باشد كه در طبيعت يافت ميشوند. از سوي ديگر، مواد مغناطيسي به دليل اينكه ذرات اتمي آنها داراي چرخشهاي مغناطيسي (5) است، كه ميتوان آنها را به صورت حلقه هاي كوچك جريان الكتريكي تصور كرد، داراي 90 تقارن سرگروه متفاوت هستند. گوپالان گفت: "حركت يك جنبه بسيار پر اهميت از مغناطيس است." او افزود: "به محض اين كه ذرات باردار شروع به حركت يا چرخش كردند، مغناطيس در طبيعت ايجاد شد." دانشمندان مدت ها بر اين عقيده بودند كه تقارن، به دليل اينكه جا به جا شدن جهت چرخش يك تقارن اضافي را ايجاد ميكند، به مواد مغناطيسي اين امكان را ميدهد كه خواص بيشتري نسبت به مواد غيرمغناطيسي داشته باشند. اما گروه گوپالان نشان داده است كه مواد غيرمغناطيسي، از لحاظ تئوري، ميتوانند دقيقا به همان مقدار خواص مواد مغناطيسي را داشته باشند. بر طبق گفته هاي گوپالان، بعضي از مواد غيرمغناطيسي داراي گروهي از اتمها هستند كه با دوران (6) و تاب خوردن (7) شكل آنها را به هم ميريزند. اين حركت ناچيز كه معادل يك حلقه كوچك جريان الكتريكي است كافيست تا به ماده برخي خواص اضافي را دهد كه قبلا تصور ميشد تنها متعلق به مواد مغناطيسي هستند. اين محققين تئوري خود را از راه آزمايش با استفاده از استرونتيم تيتانات (8)، كه يك ماده غيرمغناطيسي است، امتحان كردند. آنها ماده را سرد كردند و كشف كردند كه اين اتم هاي اكسيژن هستند كه به وسيله تاب خوردن در يك ناحيه تنگ تر براي حفظ انرژي و فضا از خود واكنش نشان ميدهند. گوپالان گفت: "اتمهاي اكسيژن يك دوران كامل را، مانند يك حلقه جريان الكتريكي كه در اجسام مغناطيسي اتفاق مي افتد، انجام نميدهند، اما تحليل هاي تئوري نشان ميدهند كه آنها عمل تاب خوردن را انجام ميدهند، بنابراين، اين احتمال وجود دارد كه اين مواد داراي خواص ناشناخته قبلي باشند." در مرحله بعد، اين تيم بررسي كرد كه، آيا اين حركت تابي شكل در خواص اضافي ماده جلوه گر ميشود. به ويژه، آنها براي يك خاصيت بصري و قابل مشاهده كه آن را توليد هماهنگ دوّم روتو (9) مينامند، كه قابل مقايسه با خاصيت مشهوري به نام توليد هماهنگ دوّم مغناطيسي (10) است، محاسبه و آزمايش كردند. توليد هماهنگ دوم، براي مثال، در كريستال هاي مورد استفاده در اشاره گرهاي ليزري سبز رنگ، براي تبديل اشعه مادون قرمزليزر به اشعه سبز رنگ ليزر يافت ميشود.اين گروه كشف كردند كه ماده استرونتيم تيتانات داراي مقدار كوچكي از توليد هماهنگ دوّم روتو است. گوپالان گفت: "هيچ كس تصور برقراري ارتباط بين تقارنهاي مغناطيسي با يك ماده غيرمغناطيسي مانند استرونتيم تيتانات را نميكرد، اما اين كاريست كه تحقيق ما با صراحت انجام ميدهد." او افزود: "ما در ابتدا يك تحليل تئوري انجام داديم كه در آن از چهارچوب تقارن، كه به طور مرسوم براي توصيف مواد مغناطيسي به كار برده ميشد، براي اين دسته بزرگ از مواد غيرمغناطيسي استفاده كرديم. ما سپس بر روي يك ماده غيرمغناطيسي خاص پژوهش هاي آزمايشگاهي انجام داديم و خاصيتي از آن را كشف كرديم كه قبلا تصور ميشد تنها به مواد مغناطيسي تعلق دارد.عقيده ما اين است كه احتمال داشتن تقارنها و خواصي، بيش از آنچه كه قبلا ممكن ميدانستند، براي تمامي دسته مواد غيرمغناطيسي وجود دارد." يافته هاي اين تيم ميتواند منجر به انفجاري در زمينه تحقيق در مورد خواص جديدي از مواد غيرمغناطيسي و كاربردهاي احتمالي اين خواص شود. پيتر شيفر (11)، نائب رئيس همكار در تحقيق و پروفسور فيزيك در پن استيت، گفت: "اين مواد در صدها مورد كاربرد استفاده ميشوند." او افزود: "اما اين كار كار جديد وعده بزرگي براي پيدا كردن استفاده هاي بسيار بيشتر را ميدهد
