أحدث الأخبار مع #البولاريتونات
أخبار ليبيا 24
١٨-٠٣-٢٠٢٥
- علوم
- أخبار ليبيا 24
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؟
صدى البلد
٠٧-٠٣-٢٠٢٥
- علوم
- صدى البلد
إنجاز علمي غير مسبوق.. تحويل الضوء إلى مادة صلبة فائقة
في تطور ملحوظ، نجح الباحثون في تحويل الضوء إلى مادة صلبة فائقة لأول مرة، مما مهد الطريق أمام رؤى جديدة حول الحالات الكمومية غير العادية للمادة. يمثل هذا الإنجاز علامة فارقة مهمة في مجال فيزياء المادة المكثفة. قال ديميتريوس تريبوجورجوس من المجلس الوطني للبحوث في إيطاليا: "لقد حولنا الضوء إلى مادة صلبة هذا رائع جدًا". ويعتمد هذا الإنجاز على عمل سابق قامت به زميلتها العالمة في المركز الوطني للبحوث العلمية دانييل سانفيتو، التي أثبتت منذ أكثر من عقد من الزمان أن الضوء يمكن أن يتصرف مثل السائل. ومع ذلك، فقد ذهب تريبوجيورغوس وسانفيتو وفريقهما إلى أبعد من ذلك من خلال إنشاء ما أطلقوا عليه "مادة صلبة فائقة" كمية. الضوء يصبح كميًا المواد الصلبة الفائقة هي مواد فريدة من نوعها ذات لزوجة صفرية وبنية تشبه البلورات التقليدية، مثل تلك الموجودة في ملح الطعام. وعلى عكس المواد النموذجية، التي تتصرف وفقًا لقوانين الفيزياء المألوفة، توجد المواد الصلبة الفائقة بشكل أساسي في عالم الكم، وفقًا لما ذكره موقع نيوساينتيست. حتى الآن، لم يكن من الممكن الحصول على مثل هذه المواد إلا في تجارب خاضعة للرقابة تتضمن ذرات مبردة إلى درجات حرارة منخفضة للغاية - وهي الظروف التي تصبح فيها التأثيرات الكمومية بارزة وقابلة للملاحظة. وقد انحرفت التجربة الأخيرة عن الأساليب السابقة من خلال استخدام أشباه الموصلات المعروفة باسم زرنيخيد الجاليوم والألومنيوم بدلاً من الذرات شديدة البرودة. وجه الباحثون ليزرًا إلى قطعة ذات نمط محدد من أشباه الموصلات، والتي تتميز بخطوط ضيقة. أدى هذا التفاعل بين الضوء وأشباه الموصلات إلى تكوين جسيمات هجينة تسمى البولاريتونات. لعب نمط الخطوط دورًا حاسمًا من خلال تقييد كيفية تحرك هذه الجسيمات شبه الجسيمية ومستويات طاقتها، مما مكن البولاريتونات في النهاية من الاندماج في حالة فائقة الصلابة. واجه الفريق تحديًا كبيرًا لتعزيز نتائجهم: فقد احتاجوا إلى قياس ما يكفي من خصائص هذه المادة الصلبة الفائقة المتكونة حديثًا بدقة، وتقديم دليل على أنها أظهرت حقًا خصائص كل من المادة الصلبة والسائلة بدون لزوجة. سلط سانفيتو الضوء على تعقيد المهمة، مشيرًا إلى أنه لم يتم إنشاء مادة صلبة فائقة مصنوعة من الضوء أو التحقق من صحتها تجريبياً من قبل. مادة صلبة فائقة من أشعة الليزر أكد ألبرتو براماتي من جامعة السوربون في فرنسا أيضًا على أهمية الدراسة، مشيرًا إلى أنها تساهم في فهم أوسع لكيفية تغيير المادة الكمومية لحالاتها من خلال انتقال الطور. وفي حين أظهر الفريق بشكل مقنع أنهم أنتجوا مادة صلبة فائقة، أقر براماتي بأن هناك حاجة إلى قياسات وتحليلات إضافية لفهم خصائصها بشكل كامل. أعرب تريبوجورجوس عن تفاؤله بشأن فرص البحث المستقبلية التي تنطوي على المواد الصلبة الفائقة القائمة على الضوء. واقترح أن هذه الأشكال من المادة قد تكون أكثر قابلية للإدارة من تلك التي يتم توليدها من الذرات. يمكن أن تؤدي هذه الخاصية إلى استكشاف أعمق للحالات الجديدة وغير المتوقعة للمادة والتطبيقات العملية في تكنولوجيا الكم. مع استمرار تطور مجال الفيزياء الكمومية، فإن إنشاء مادة صلبة فائقة القائمة على الضوء يمثل بداية مثيرة للباحثين. مع وجود الكثير لاكتشافه حول سلوك هذه الحالة الجديدة من المادة، يحرص العلماء على الخوض بشكل أعمق في الفروق الدقيقة الخاصة بها، مما قد يؤدي إلى اكتشاف تطبيقات رائدة في السنوات القادمة. المصدر: interestingengineering
