بحجم صالة رياضية.. أمريكا تطلق أقوى ليزر في العالم

يعمل ليزر 'زيوس'، وهو بحجم صالة ألعاب رياضية مدرسية، من داخل منشأة مزودة بجدران خرسانية، بسمك 60 سم لاحتواء الإشعاع، ويُعد الخليفة المباشر لنظام 'هيركوليس' الذي بلغت طاقته القصوى 300 تيراواط.
ويطلق 'زيوس' نبضات فائقة القِصر تستمر لأجزاء ضئيلة من الثانية، تسمح للعلماء بمحاكاة أحداث فيزيائية كونية، ودراسة ميكانيكا الكم، وغيرها من الظواهر شديدة التعقيد.
كيف يعمل زيوس؟
يعتمد نظام الليزر على إرسال نبضات قوية عبر خلية غازية ممتدة مملوءة بالهيليوم. وعند اصطدام الليزر بالغاز، يُولّد بلازما من الإلكترونات والأيونات، ويتم تسريع هذه الجسيمات إلى سرعات فائقة عبر تقنية تُعرف بـ 'تسريع مجال الموجة'.
وكلما زادت المسافة التي تقطعها الإلكترونات داخل الخلية، زادت سرعتها وطاقتها، ما يمكّن العلماء من تحقيق سرعات لم تُسجل من قبل.
الطاقة التي بلغت 2 بيتاواط تُعد خطوة تمهيدية لما يُعرف بـ'تجربة زيوس المميزة'، والتي يُتوقع تنفيذها لاحقاً هذا العام.
وتهدف التجربة إلى تصادم نبضات الليزر مع حزم إلكترونية بسرعة وجهاً لوجه، في تجربة تُحاكي نبضات بطاقة زيتاواط – ومن هنا جاءت تسمية ZEUS (Zettawatt-Equivalent Ultrashort pulse laser System).
ويُقدر تمويل المشروع بنحو 16 مليون دولار من المؤسسة الوطنية للعلوم (NSF)، التي فتحت أبواب المختبر أمام فرق بحثية من مختلف أنحاء الولايات المتحدة.
تطبيقات واعدة
يقود البروفيسور فرانكلين دولار من جامعة كاليفورنيا أول تجربة مستخدم في المنشأة، ويهدف إلى توليد حزم إلكترونية تضاهي قدرات مسرعات ضخمة بطول مئات الأمتار، ولكن بكفاءة أعلى وطاقة تفوقها بخمسة إلى عشرة أضعاف.
ومن أبرز التطبيقات المحتملة لاستخدامات ليزر زيوس:
الطب: تحسين تصوير الأنسجة الرخوة بجرعات إشعاعية منخفضة
علاج السرطان: تطوير تقنيات علاج إشعاعي دقيقة
الفيزياء الفلكية: محاكاة انفجارات نجمية وظواهر كونية متطرفة
علوم المواد: دراسة تأثيرات الضغط والطاقة القصوى على المواد المختلفة
ويؤكد الدكتور فياتشيسلاف لوكين، مدير البرنامج في مؤسسة العلوم الوطنية، أن هذه الأبحاث 'لا تفتح آفاقاً للعلم الأساسي فحسب، بل تمهد لتطبيقات عملية في مجالات طبية وتقنية متقدمة'.

جرب ميزات الذكاء الاصطناعي لدينا

اكتشف ما يمكن أن يفعله Daily8 AI من أجلك:

التعلم مع الذكاء الاصطناعيالتحقق من الحقائقتحويل النص إلى كلامملخص الذكاء الاصطناعي

أخبار ذات صلة

منذ 16 ساعات

لأول مرة في التاريخ.. عنكبوت مُعدّل جينياً ينسج حريراً متوهجاً

في إنجاز علمي غير مسبوق، نجح باحثون من جامعة 'بايرويت' الألمانية في استخدام تقنية CRISPR-Cas9 (كريسبر-كاس9) لتعديل الجينات داخل عناكب حية، ما أسفر عن إنتاج حرير عنكبوت أحمر فلوري، لأول مرة في التاريخ. ويُعد حرير العنكبوت من أكثر المواد الطبيعية إثارة لاهتمام العلماء، نظراً لما يتمتع به من قوة ومتانة ومرونة عالية، إضافة إلى كونه خفيف الوزن وقابلًا للتحلل الحيوي. ولكن حتى الآن، كانت التعديلات الجينية على العناكب نفسها تشكل تحدياً كبيراً للعلماء. في هذا السياق، صرّح البروفيسور توماس شايبل، رئيس قسم المواد الحيوية بالجامعة، قائلاً: 'أثبتنا، ولأول مرة عالمياً، إمكانية إدماج تسلسل جيني معين داخل بروتينات حرير العنكبوت باستخدام كريسبر-كاس9، وهو ما يمهّد الطريق لإنتاج ألياف حرير بخصائص جديدة كلياً'. اختار الباحثون عنكبوت المنزل الشائع (Parasteatoda tepidariorum) كنموذج للتجربة، حيث قاموا بحقن بيوض إناث غير مخصبة بمحلول يحتوي على تسلسل جيني لبروتين أحمر فلوري. وبعد تزاوج هذه الإناث، ظهرت النتيجة المذهلة، 'حرير متوهج باللون الأحمر'، ما أكد نجاح إدخال الجينات المعدّلة داخل العناكب ونقلها إلى الأجيال الجديدة. ولإتمام عملية الحقن الدقيقة، اضطر الفريق إلى تخدير العناكب باستخدام ثاني أكسيد الكربون لتثبيتها أثناء التعديل. وتشير الدراسة إلى أن هذه التقنية قد تمهد الطريق لإنتاج أنواع جديدة من الحرير بخصائص محسّنة، يمكن استخدامها في تطبيقات متعددة مثل، المنسوجات المتقدمة، والغرسات الطبية الحيوية، وأجهزة الاستشعار، والمواد المستدامة. كما استخدم الفريق تقنيات كريسبر في تجربة أخرى لتعطيل جين يُعرف باسم 'so'، مما أدى إلى تطوّر عناكب بلا عيون، في خطوة فتحت آفاقاً لفهم الجينات المسؤولة عن النمو والبنية البيولوجية لهذه الكائنات المعقدة. يُذكر أن نتائج الدراسة نُشرت في مجلة Angewandte Chemie، ووصفتها مجلة 'نيو أطلس' بأنها سابقة علمية يمكن أن تغيّر مستقبل أبحاث علوم المواد والتكنولوجيا الحيوية.

منذ 16 ساعات

بحجم صالة رياضية.. أمريكا تطلق أقوى ليزر في العالم

يعمل ليزر 'زيوس'، وهو بحجم صالة ألعاب رياضية مدرسية، من داخل منشأة مزودة بجدران خرسانية، بسمك 60 سم لاحتواء الإشعاع، ويُعد الخليفة المباشر لنظام 'هيركوليس' الذي بلغت طاقته القصوى 300 تيراواط. ويطلق 'زيوس' نبضات فائقة القِصر تستمر لأجزاء ضئيلة من الثانية، تسمح للعلماء بمحاكاة أحداث فيزيائية كونية، ودراسة ميكانيكا الكم، وغيرها من الظواهر شديدة التعقيد. كيف يعمل زيوس؟ يعتمد نظام الليزر على إرسال نبضات قوية عبر خلية غازية ممتدة مملوءة بالهيليوم. وعند اصطدام الليزر بالغاز، يُولّد بلازما من الإلكترونات والأيونات، ويتم تسريع هذه الجسيمات إلى سرعات فائقة عبر تقنية تُعرف بـ 'تسريع مجال الموجة'. وكلما زادت المسافة التي تقطعها الإلكترونات داخل الخلية، زادت سرعتها وطاقتها، ما يمكّن العلماء من تحقيق سرعات لم تُسجل من قبل. الطاقة التي بلغت 2 بيتاواط تُعد خطوة تمهيدية لما يُعرف بـ'تجربة زيوس المميزة'، والتي يُتوقع تنفيذها لاحقاً هذا العام. وتهدف التجربة إلى تصادم نبضات الليزر مع حزم إلكترونية بسرعة وجهاً لوجه، في تجربة تُحاكي نبضات بطاقة زيتاواط – ومن هنا جاءت تسمية ZEUS (Zettawatt-Equivalent Ultrashort pulse laser System). ويُقدر تمويل المشروع بنحو 16 مليون دولار من المؤسسة الوطنية للعلوم (NSF)، التي فتحت أبواب المختبر أمام فرق بحثية من مختلف أنحاء الولايات المتحدة. تطبيقات واعدة يقود البروفيسور فرانكلين دولار من جامعة كاليفورنيا أول تجربة مستخدم في المنشأة، ويهدف إلى توليد حزم إلكترونية تضاهي قدرات مسرعات ضخمة بطول مئات الأمتار، ولكن بكفاءة أعلى وطاقة تفوقها بخمسة إلى عشرة أضعاف. ومن أبرز التطبيقات المحتملة لاستخدامات ليزر زيوس: الطب: تحسين تصوير الأنسجة الرخوة بجرعات إشعاعية منخفضة علاج السرطان: تطوير تقنيات علاج إشعاعي دقيقة الفيزياء الفلكية: محاكاة انفجارات نجمية وظواهر كونية متطرفة علوم المواد: دراسة تأثيرات الضغط والطاقة القصوى على المواد المختلفة ويؤكد الدكتور فياتشيسلاف لوكين، مدير البرنامج في مؤسسة العلوم الوطنية، أن هذه الأبحاث 'لا تفتح آفاقاً للعلم الأساسي فحسب، بل تمهد لتطبيقات عملية في مجالات طبية وتقنية متقدمة'.

منذ يوم واحد

الاستثمار في البحث العلمي

رغم أهمية التركيز على تلبية الاحتياجات الاجتماعية مثل التعليم والصحة الا أننا بحاجة إلى ايلاء البحث العلمي والتطوير عناية مناسبة لأهميته في التنمية الاقتصادية وتحسين مستوى الخدمات. وقد أشار جلالة الملك حفظه الله الى ذلك عندما بين أن الاستثمار في البحث العلمي ودعم المبدعين جزء أساسي لنهضة الوطن، وتشير الدراسات إلى أن هناك علاقة وطيدة بين البحث العلمي والتنمية الاقتصادية خاصة البحوث التي ينجم عنها عائد اقتصادي ومنتجات استثمارية. واليوم نجد أن أكثر ما يحدد قيمة السلعة هو ما تحويه من تكنولوجيا وابتكارات، ويلاحظ أن الدول المتقدمة تخصص ما يزيد عن 3% من الناتج المحلي الاجمالي لغايات البحث العلمي والتطوير، ولا يقتصر الامر على الجهات الرسمية بل ان الاستثمار الخاص في البحث العلمي له عائد اقتصادي يصل في بعض الأحيان إلى نحو 35% من إجمالي تكلفة الاستثمار، وهذا يفسر الاهتمام بأنشطة البحث والتطوير وانتشار مؤسسات التمويل التي تعنى بالاستثمار في الابتكار والافكار الريادية ورأس المال المخاطر. لا بد من الاشارة الى أهمية ربط منظومة البحث العلمي بقطاع الإنتاج والخدمات للمساهمة في تنفيذ متطلبات التنمية المستدامة، وتحسين الأوضاع المعيشية، وتحديد المصاعب التنموية، وعندما ينسجم البحث العلمي مع الاولويات التنموية والتكنولوجية فهو واضافة الى دوره في نشر المعرفة وتشجيع الابتكار يضطلع أيضاً بدور أساسي في ايجاد حلول مبتكرة لاحتياجات المجتمع الاساسية وتحقيق طموحاته الاقتصادية بالإضافة إلى دعم القدرة التنافسية ويشكل فرصة خصبة لتعزيز الاقتصاد المعرفي. فالتطورات العلمية والتكنولوجية التي تميز الثورة الصناعية الرابعة جعلت من البحث العلمي في وقتنا الراهن أحد أهم الركائز لتحقيق النمو والازدهار ووسيلة فاعلة لبلوغ الاهداف والاستفادة من طاقات الشباب ومجابهة المصاعب وحل المشكلات وتحقيق التنمية الشاملة وصولا إلى تحسين نوعية حياة الأفراد والنهوض بأداء المؤسسات ومنحها القدرة على مواكبة المتغيرات واتخاذ القرارات المناسبة المبنية على أسس علمية. يواجه الاستثمار في البحث العلمي والتطوير بعض العقبات والمصاعب التي من أهمها عدم توفر مصادر تمويل كافية سواء من قبل المؤسسات الرسمية او الخاصة وطبيعة الحوافز التي تمنح للباحثين والمبتكرين، والافتقار الى التنسيق المناسب بين مراكز البجوث والمؤسسات الاكاديمية من جهة والمنشآت الاقتصادية ورجال الاعمال من جهة اخرى. يضاف لذلك مستوى تطور البنية التحتية للأبحاث بما فيها المختبرات والمعدات التكنولوجية، ورغم التحديات التي تواجه الاستثمار في البحث والتطوير، الا أن هناك حلولا فعالة يمكن أن تنهض بمستواه ويشمل ذلك زيادة المخصصات المرصودة لهذه الغاية، وتحفيز التفكير النقدي، والحد من هجرة العقول، وتعزيز التعاون بين الجهات ذات العلاقة، وتوفير البنية التحتية والحوافز المناسبة للباحثين والمبتكرين، وصولاً الى تحقيق افضل ما يمكن من الاستثمار في البحث العلمي.