لأول مرة في التاريخ.. العلماء يجمدون الضوء ويحيلونه إلى مادة

في إنجاز علمي غير مسبوق، نجح علماء الفيزياء في تجميد الضوء وتحويله إلى مادة صلبة وسائلة في آنٍ واحد، مما قد يُحدث ثورة في فهمنا للطبيعة والكون. ونُشرت تفاصيل البحث في مجلة 'ساينس' العلمية، حيث كشف فريق من الباحثين الإيطاليين عن تمكنهم من تكوين 'السوبر سوليد' باستخدام الفوتونات نفسها، وهي الحالة الفيزيائية التي تجمع بين خصائص المواد الصلبة والسوائل دون فقدان طاقتها.
ما هو السوبر سوليد؟
المادة الجديدة، المعروفة باسم 'السوبر سوليد' (Supersolid)، تمثل حالة مادية هجينة نادرة، حيث تمتلك ترتيبًا بلوريًا كالصلب، لكنها في الوقت نفسه تتدفق كالسائل دون احتكاك أو مقاومة تُذكر. وقد كان العلماء سابقًا قادرين على تحقيق هذه الحالة باستخدام الغازات الذرية شديدة البرودة، لكن التحول الجديد تمثل في قدرتهم على تكوينها من الضوء ذاته.
كيف يتحول الضوء إلى مادة؟
لطالما عُرف الضوء بكونه طاقة غير مادية، لكن فريق البحث تمكن من ربط الفوتونات بالمادة عبر تقنية مبتكرة. استخدم العلماء شعاع ليزر مُركّز وجهوه على مادة شبه موصلة تُعرف بـ 'زرنيخيد الجاليوم'، مما أدى إلى تفاعل بين الفوتونات والإلكترونات داخل المادة، مكونًا جسيمات هجينة تُسمى 'البولاريتونات' (Polaritons). هذه الجسيمات تمتلك طبيعة مزدوجة، فهي نصف ضوء ونصف مادة، مما أتاح التحكم فيها لتكوين السوبر سوليد.
خصائص البولاريتونات والمادة الجديدة
البولاريتونات تشكل اضطرابات منسقة داخل المادة، وتتصرف ككيانات مستقلة يمكن التلاعب بها لتكوين الحالة الجديدة. تُشبه هذه العملية التأثيرات الجماعية في المواد، حيث تبدو الجسيمات وكأنها تعمل بتناغم يشبه التفاعل بين الذرات داخل المادة الصلبة، لكن دون فقدان للطاقة أثناء التدفق، ما يمنحها خصائص السوائل الفائقة (Superfluidity).
لماذا يُعد هذا الاكتشاف ثوريًا؟
يعد هذا التحول غير المسبوق في طبيعة الضوء تطورًا هائلًا في علوم الفيزياء، حيث يُثبت إمكانية تداخل الضوء مع المادة بطريقة جديدة كليًا. هذا الاكتشاف يُعيد تشكيل نظريات الفيزياء التقليدية التي تفصل بين المادة والطاقة، ويكشف عن إمكانية استخدام الضوء نفسه كمكون أساسي في تشكيل المواد.
التطبيقات المحتملة للاكتشاف
الحوسبة الكمية المتقدمة: يمكن أن يسهم هذا التطور في تصميم حواسيب كمية أكثر كفاءة تعتمد على تفاعلات الضوء مع المادة، ما قد يزيد من سرعة المعالجة بأضعاف مضاعفة مقارنة بالحواسيب التقليدية. الموصلات الفائقة: إمكانية استخدام هذه المادة في تطوير موصلات فائقة تُنقل الكهرباء دون فقدان للطاقة، مما سيُحدث طفرة في أنظمة الطاقة والنقل. تحسين تقنيات الاحتكاك الصفري: بفضل خاصية التدفق دون احتكاك، يمكن استخدام السوبر سوليد في تصميم مواد تشحيم فائقة الكفاءة، مما قد يحسن أداء الآلات والمركبات المستقبلية. التحكم في الضوء بطرق جديدة: يُمهد هذا الاكتشاف الطريق أمام تطوير تقنيات جديدة في مجالات الاتصالات ونقل البيانات باستخدام الضوء نفسه.
التحديات المستقبلية
رغم الإنجاز المذهل، لا تزال هناك تحديات أمام تطبيق هذه المادة على نطاق واسع، من بينها الحاجة إلى درجات حرارة شديدة الانخفاض لحدوث الظاهرة، بالإضافة إلى ضرورة تطوير تقنيات جديدة لاستقرار المادة وتحكم أدق في البولاريتونات.
نحو مستقبل علمي جديد
يمثل هذا الاكتشاف نقطة تحول في دراسة الفيزياء الحديثة، حيث يفتح آفاقًا غير مسبوقة لفهم طبيعة الضوء والمادة، ما قد يؤدي إلى تغييرات جذرية في التكنولوجيا والصناعة. السؤال المطروح الآن: كيف يمكن الاستفادة من هذا التطور في تطوير تقنيات حديثة تُغير شكل العالم الذي نعرفه؟

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

الوسط

٠٩-٠٥-٢٠٢٥

• الوسط

بالفيديو: علماء يشهدون تحول الرصاص إلى ذهب

في خطوة تبدو وكأنها مقتبسة من أحلام الكيميائيين القدامى، نجح العلماء في مصادم الهادرونات الكبير التابع لمختبر (CERN) في تحويل ذرات الرصاص إلى ذهب. وعلى الرغم من أن الكمية المنتجة ضئيلة جدًا، لا تتجاوز التريليون من الجرام، إلا أن هذا الاكتشاف يمثل تقدمًا علميًا مذهلًا. وفقًا لدراسة حديثة، نشرت في مجلة « ومن المعروف أن الفرق بين الرصاص والذهب في الجدول الدوري بسيط نسبيًا، فالرصاص يحتوي على 82 بروتونًا، بينما الذهب يحتوي على 79، أي أن إزالة بعض البروتونات والنيوترونات يمكن نظريًا أن تحول الرصاص إلى ذهب. - - لكن تنفيذ هذه العملية في الواقع ليس بهذه السهولة، إذ يتطلب الأمر تسريع الجسيمات إلى سرعات تقارب سرعة الضوء داخل المصادم، مما يستلزم كمية هائلة من الطاقة وتجهيزات معقدة للغاية. وفي حين أن هذه الطريقة ليست عملية للحصول على الذهب بكميات تجارية، إلا أنها تقدم نظرة رائعة إلى كيفية تغير بنية الذرات تحت تأثير الظروف القصوى. يشرح العلماء أن التصادمات التي تمت داخل المصادم لم تكن تصادمات مباشرة، بل كانت "تفويتات قريبة" حيث تتحرك نوى الرصاص بسرعة 99.999993% من سرعة الضوء، مما يولد نبضات من الفوتونات التي بدورها تؤدي إلى زعزعة التركيب الداخلي للنواة. فرصة لفهم سلوك الذرات هذه العملية قد تساهم في إنتاج عناصر أخرى مثل الثاليوم والزئبق بجانب الذهب، لكن بكميات متفاوتة. النتائج التي جرى التوصل إليها تؤكد الإمكانات الهائلة التي يوفرها مصادم الهادرونات الكبير في دراسة التفاعلات النووية النادرة، ما يمنح العلماء فرصة لفهم سلوك الذرات في ظروف شديدة التعقيد. ومع أن هذه التجربة لن تحقق أحلام الكيميائيين القدامى بإنتاج الذهب، إلا أنها تمثل إنجازًا علميًا مذهلًا يعزز فهمنا لمكونات الكون وطرق تحول العناصر.

الوسط

١٨-٠٤-٢٠٢٥

• الوسط

بالفيديو: العثور على نصف المادة المفقودة في الكون

كشف العلماء مؤخرًا عن لغز استمر لعقود وهو مكان اختفاء نصف المادة المرئية في الكون. تمكن فريق دولي من علماء الفلك والفيزياء الفلكية، من خلال دراسة السماء باستخدام تقنية متقدمة، من تحديد موقعها كغيوم ضخمة وغير مرئية من الهيدروجين المتأين في الفضاء بين المجرات، وفقا لموقع (ساينس) تُظهر البرامج المسحية أن هذه المادة المفقودة تأخذ شكل ضباب بين المجرات، إذ جرى دفعها بعيدًا عن مركز النشاط داخل المجرات أكثر مما كان يُعتقد سابقًا. وفقًا للباحثة في جامعة كاليفورنيا، بيركلي، الدكتورة بورِيانا هادزييسكا، فإن هذه التحليلات تقدم صورة دقيقة عن توزيع هذه المادة المفقودة بمجرد إجراء دراسات تفصيلية باستخدام المحاكاة. الهيدروجين.. عنصر أساسي يُعتبر الهيدروجين العنصر الأساسي في المادة الباريونية المفقودة، إذ يشكل حوالي 90% من ذرات الكون و73% من كتلته، ومع ذلك، فإن اكتشاف هذه المادة يتطلب تقنيات متقدمة جدًا، مثل استخدام خلفية الأشعة الميكروية الكونية لفحص الغاز المتأين من خلال تأثيره على الإشعاع الخلفي. تشير الأبحاث إلى أن هذه الهالات من الهيدروجين حول المجرات أكبر بكثير مما كان يُعتقد سابقًا، ما يفتح بابًا لفهم جديد حول كيفية تشكل المجرات وتطورها. - - - كما أن نشاط الثقوب السوداء، الذي قد يكون دورياً، يلعب دورًا حيويًا في تشكيل هذه الهالات، حيث تدفع الرياح الناتجة عن النشاط العالي للثقب الأسود الغاز بعيدًا عن مركز المجرة، مما يقلل من فرص تكوين النجوم. هذا الاكتشاف يعتبر خطوة كبيرة نحو فهم التطور الكوني، إذ يضيف قطعة جديدة إلى اللغز الكبير المتعلق بتوزيع المادة المفقودة، كما أعطى العلماء طرقًا جديدة للبحث عن الهيدروجين ودراسة العلاقة بين الغاز والمادة المظلمة، ما يمهد الطريق لفهم أعمق لتكوين المجرات ومستقبل الكون.

الوسط

١٨-٠٤-٢٠٢٥

• الوسط

دراسة: بين 14 و17% من الأراضي الصالحة للزراعة في العالم ملوثة بمعادن ثقيلة

حذرت مجموعة من العلماء الخميس، من أن ما بين 14 و17% من الأراضي الصالحة للزراعة في العالم ملوّثة بنوع واحد على الأقل من المعادن الثقيلة، وهو تلوّث يشكل خطرا صحيا على ما يصل إلى 1,4 مليار شخص. وتقدم هذه الدراسة التي نُشرت في مجلة «ساينس» نظرة عامة فريدة لظاهرة التلوث بالمعادن الثقيلة من خلال تحليل تلوي لأكثر من 796 ألف عينة تربة من دراسات سابقة واستخدام الخوارزميات، بحسب وكالة «فرانس برس». أعلى من المستويات الموصى بها وبعد التأكد من صحة هذه البيانات وطابعها التمثيلي، سعى الباحثون إلى تسليط الضوء على المناطق الأكثر تضررا في العالم. ولذلك، ركز الفريق الذي قاده «ديي هو»، المتخصص في العلوم البيئية في جامعة تسينغهوا الصينية، على المناطق التي كانت فيها مستويات التلوث بمعدن واحد على الأقل - من بين سبعة معادن تم اختبارها بينها الزرنيخ والكادميوم - أعلى من المستويات الموصى بها للاستخدام الزراعي والصحة البشرية. وتُعدّ المعادن سامة للإنسان والحيوان والنبات بجرعات متفاوتة، ويمكن أن تلوّث نظما بيئية مختلفة عبر السلاسل الغذائية والمياه. واستنادا إلى تحليل عيّنات وباستخدام أدوات ذكاء صناعي، أشار الباحثون إلى أنّ ما بين 14 و17% من الأراضي الزراعية على مستوى العالم ملوثة بمعدن واحد على الأقل، وأكدوا أنّ ما بين 900 مليون و1,4 مليار شخص يعيشون في مناطق عالية الخطورة. ويمكن أن يكون التلوث من مصدر طبيعي بما في ذلك جيولوجي، بما أنّ المعادن موجودة بشكل طبيعي في الصخور بتركيزات متفاوتة، و/أو مرتبطا بالنشاط البشري، مثل المخلفات الناتجة عن الصناعة أو الزراعة أو التعدين. الدراسة «غير كافية» ولكن بسبب نقص البيانات في مناطق كثيرة وبشكل خاص في إفريقيا، فإن نتائج هذه الدراسة «غير كافية» للسماح بتنفيذ برامج التخفيف من المخاطر، بحسب معدّي الدراسة، بل ينبغي أن تكون «بمثابة تحذير لصنّاع السياسات والمزارعين». ويقول واكين نيغاسا، وهو كيميائي متخصص في التربة في معهد جيمس هوتون، إن «المدى الحقيقي لتلوث التربة العالمي»، قد «يتجاوز إلى حد كبير ما تحدث عنه معدو الدراسة، لأنّ البيانات المتوفرة محدودة».