علماء الفيزياء يكتشفون شكلاً جديداً للضوء

ترجمة: غالية الجبرتي.
مراجعة: فارس بوخمسين.

اكتشف علماء الفيزياء شكلاً جديداً للضوء لا يتبع قواعدنا الحالية لعزم الحركة الزاويّ، والذي قد يزعزع فهمنا للإشعاع الكهرومغناطيسي ويقود ايضاً إلى اتصالاتٍ بصرية أسرع وأكثر أمناً.

نظراً للدراسة المستفيضة التي حظي بها الضوء ولوجوده في كل مكان، قد تظن أن لدينا علماً كافياً عن كل ما يمكن معرفته عن الضوء. ولكن الباحثون تعرّفوا على خاصيةٍ أساسيةٍ جديدةٍ للضوء في العام الماضي. والان أظهر فريقٌ من الباحثين الأيرلنديين أنه من الممكن للضوء أن يتخذ أشكالاً جديدةً غير متوقعة.

أحد طرق قياس شعاع الضوء هي من خلال عزم الحركة الزاوي له، وهو كميةٌ ثابتةٌ تقيس مقدار دوران الضوء. وحتى الآن، كان من المعتقد أن كمية الحركة الزاوية لكل أشكال الضوء تأخذ قيماً ذات أعدادٍ صحيحةٍ مضروبةً في ثابت بلانك، وهو ثابتٌ فيزيائيٌ يحدد مقياس التأثيرات الكمومية. ولكن فريقاً من الباحثين من كلية تيرينتي في دبلين أظهروا أن هناك شكلاً جديداً للضوء، حيث يساوي عزم حركته الزاوية نصف هذه القيمة فقط. وقد قال الباحث الرئيسي بول إيسثام: “ما أعتقد أنه مثيرٌ جداً في هذه النتيجة أنه حتى هذه الخاصية الأساسية للضوء التي طالما أعتقد العلماء بأنها ثابتة قابلةٌ للتغير”.

فلنعود لثوانٍ هنا ونوضح ماذا يعني كل هذا. فكما وضح ذلك أحد الباحثين كايل بالانتاين: “يوصف الضوء عن طريق لونه أو طوله الموجي، وعن طريق صفةٍ أخرى أقل شهرةً تعرف بعزم الحركة الزاوية. وتقيس كمية الحركة الزاوية مقدار دوران شيءٍ ما. ويمكن لشعاع الضوء أن يدور حول محوره على الرغم من أنه يسير في خطٍ مستقيمٍ. إذاً، حين يصل شعاع الضوء من المرآة لعينك في كل صباحٍ فهو يقوم بلف عينك قليلاً ايضاً، بطريقةٍ أو بأخرى”. ومهما بدا ذلك غريباً، فكله مفهومٌ بالنسبة لعلماء الفيزياء. ولكن الذي لم يستوعبوه هو أن عزم الحركة الزاوية للضوء قد يأخذ أعداداً ليست صحيحة.

لمعرفة ذلك، قام الفريق بتمرير الضوء من خلال بلوراتٍ بهدف تكوين أشعةٍ من الضوء ذات تركيبةٍ ملتويةٍ شبيهةٍ بالبرغي. وكانوا يبحثون عن سلوكٍ جديدٍ للضوء قد يطور الاتصالات البصرية. ولكن عند تحليل هذا الشعاع من خلال نظرية ميكانيكا الكم ظهر وكأن عزم حركته الزاوية تساوي مقدار نصف عددٍ صحيحٍ، وهو ما لم يتوقعوا إطلاقاً أن يجدوه.

بعد ذلك خرجوا بتجربةٍ لاختبار هذا التنبؤ، واستطاعوا تركيب جهازٍ قادرٍ على قياس تدفق عزم الحركة الزاوية لشعاع الضوء، والتغيرات في هذا التدفق الذي تسببه التأثيرات الكمومية. وعادةً وبحسب فهمنا للفيزياء حتى الآن، ستؤدي أيّاً من هذه التغيرات الكمومية إلى تغيير قيمة عزم الحركة الزاوية بأعدادٍ صحيحةٍ. ولكن التجارب أظهرت انحرافاً صغيرةً جداً في قيمة عزم الحركة الزاوي لكل فوتونٍ بمقدار نصف ثابت بلانك.

هذا مثيرٌ حقاً، ليس لظهور شكلٍ جديدٍ للضوء فقط، ولكن لأن علماء الفيزياء النظرية تنبأوا منذ عام ١٩٨٠مـ أن ميكانيكا الكم تنبأت بامكانية وجود جسيمات تأخذ قيماً كسرية من الاعداد الكمية المتوقعة. والان ولأول مرةٍ أثبت هذا العمل صحة هذه التنبؤات باستخدام أفضل الجسيمات المدروسة وهي فوتونات الضوء.

قال أحد الباحثين ستيفانو سانفيتو: “لطالما كان الضوء موضوعاً مثيراً لعلماء الفيزياء، في حين أنهم مسجلٌ كأحد أكثر مجالات الفيزياء المفهومة. وأضاف: “يعد هذا الاكتشاف نقلةً نوعيةً بالنسبة لعالم الفيزياء وللعلم ككل”. سيكون الأثر الكبير لهذه المعلومات الجديدة هو أنها قد تساعد في تطوير سرعة وأمان حزم الألياف البصرية، مما سيؤدي إلى وصلات إنترنتٍ أسرع وأكثر أماناً، بالإضافة إلى زعزعة فهمنا للضوء.

لكن قبل أن نتمكن من الاستفادة من هذا الشكل الجديد للضوء، سيحتاج فريقٌ آخر لإعادة العمل والتحقق منه للتأكد من أنه ليس مجرد نتيجةٍ شاذةٍ غير قابلةٍ للتكرار. فالعلم عمليةٌ بطيئةٌ غالباً، ولكن لا أحد ينفي بأنه عملية مثيرة. ولقد نُشر البحث في دورية تقدمات العلم.

المصدر (sciencealert)

عزم الحركة الزاوي angular momentum
كلية تيرينتي في دبلين Trinity College Dublin
بول إيسثام  Paul Eastham
كايل بالانتاين Kyle Ballantine
ستيفانو سانفيتو Stefano Sanvito
دورية تقدمات العلم Science Advances

Website Comments

  1. Dr. Rafat

    انا اعتقد ان الضوء هو همزة الوصل بين ما نبصر وما لا نبصر وهو الرابط بين المحسوس واللا محسوس ضمن هذا الكون المعجز وليس غريبا ما نكتشفه كل يوم عن الضوء والاغرب من ذلك أننا سوف نندهش دائما عن الضوء وذلك لسببين الأول أن خصائص الضوء هي فعلا خصائص غريبة وعجيبة ومميزة والسبب الثاني وهو اعتقاد شخصي بأننا حتى الآن لم نعرف الضوء تعريفا صحيحا وجميع التعريفات العلمية الموجود حاليا هي تعريفات غير مكتملة وتوجد بعض الظواهر الطبيعية لا تتفق مع تعريفات الضوء الموجودة وتفشل تلك التعريفات في تفسير تلك الظواهر ومنها على سبيل المثال وليس الحصر ظاهرة تداخل الضوء في تجربة الشقين حيث لا يتفق تعريف الضوء بصفته الموجية مع تعريفه بصفته الجسيمية في تفسير تلك الظاهرة وحتى مفهوم الازدواجية هو مفهوم قاصر وانا اعتبره هروبا نوعا ما وهو مفهوم مبهم وأعتقد أن الضوء نفسه لو سالناه عن الازدواجية سيسخر منا وانا ارى بفرض شخصي ولدي إثبات نظري على ذلك أن للضوء تركيب داخلي من جسيمات مادية أصغر وهذا الفرض يتفق مع جميع خواص الضوء ويمكنه تفسير جميع الظواهر المرتبطة بالضوء ان شاء الله