علماء الفيزياء يكتشفون نوعاً جديداً تماماً من الضوء.

 

ترجمة: غالية الجبرتي.
مراجعة: عبدالكريم الوذناني.

وصف فيزيائيون شكلاً للضوء لم يُرى من قبل، والناتج من ربط الفوتونات (جسيمات الضوء) بإلكتروناتٍ مفردةٍ. لا يشير هذا الاكتشاف إلى أسهل الطرق لبناء حواسيب المستقبل الكمومية فحسب، ولكنه يقترح ايضاً إمكانية جمع خواص الفوتونات والإلكترونات معاً في جسيمٍ مسخٍ* مفردٍ. ويقول أحد أعضاء الفريق فينتشنزو جيانيني من كلية لندن الإمبراطورية ببريطانيا: “سيكون لنتائج هذا البحث تأثيرٌ ضخمٌ جداً على طريقة فهمنا للضوء”.

ليس غريباً على الفوتونات أن تقترب من الإلكترونات. حيث تتفاعل الفوتونات في المواد العادية مع عددٍ من الإلكترونات في كلّ من سطحها وتركيبها الجزيئي. لكن جيانيني وزملاؤه يريدون أن يكتشفوا ما قد يحدث إذا استطاعت الفوتونات أن ترتبط بإلكترونٍ واحدٍ فقط.

باستخدام نوعٍ مكتشفٍ حديثاً من المواد المسماة بالعوازل الطبولوجية، قاموا بنمذجة سلوك الضوء أثناء مروره عبر السطح. فوجدوا بأن الفوتونات لم تتفاعل مع الالكترون المفرد في هذه المادة فحسب، بل أن الناتج يجمع خصائصهما معاً. ويعود اكتشاف العوازل الطبولوجية إلى عام 2007مـ، وهي نوعٌ فريدٌ من المادة التي لا توصل التيار الكهربائي عن طريق بنيتها، بل تقوم بتوصيله على سطحها كما يشرح الفيديو بالأسفل.

نمذج علماء الفيزياء البريطانيين جسيماً نانوياً مفرداً مصنوعةً من عازلٍ طبولوجيٍ، وهي كرةٌ صغيرةٌ جداً يصل قطرها إلى أقل من ٠.٠٠٠٠١ مليميترٍ. فتمكنوا من محاكاة ما قد يحدث إذا تم ارسال شعاعٍ من الضوء خلال الجسيم النانوي واصطدم بإلكترونٍ مفرد. وتستطيع أن ترى شكل النموذج من خلال الصورة في الأعلى، والتي توضح الضوء محصوراً على سطح الجسيم النانوي للعازل الطبولوجي. والمثير تحديداً في حقيقة كون الجسيم الناتج يجمع بين خواص الفوتونات والإلكترون هو أن ذلك يبدو أنه يغيّر كيفية حركة الجسيم عبر سطح المادة.

كما يوضح جوزيف دوسولت لـ “كريستيان ساينس مونيتور”: “يسير الضوء عادةً في خطٍ مستقيمٍ، ولكنه يتبع مسار الإلكترون على طول سطح المادة حين يكون مرتبطاً بالإلكترون. وفي حين أن الإلكترونات تتوقف عادةً عندما تصادف موصلاً رديئاً، إلا أن وجود الفوتونات سيمكن الجسيم المزدوج من استمرار الحركة”.

سيكون للتحكم بحركة الفوتونات أثرٌ ضخمٌ في السباق نحو بناء أول حاسبٍ كموميٍ فعالٍ في العالم. حيث أن المعالجات الكمومية مكوّنةٌ من البتات الكمومية التي قد تكون واحداً، صفراً، أو الاثنين معاً في نفس الوقت، وهي حالةٌ تعرف ب’التراكب’. المشكلة في رصد التراكب هي أنه لا بد للفيزيائيين أن يعملوا على جزيئاتٍ فائقة البرودة، والتي تبرّد حتى جزءٍ من درجةٍ واحدةٍ فوق الصفر المطلق، وهذا باهظ الثمن وصعب التحقيق.

شرح جيانيني موضحاً لدوسولت قائلاً أن جمع الفوتون-الإلكترون سيمكن الباحثين من مشاهدة هذا السلوك في نطاقٍ مرئيٍ وفي درجة حرارة الغرفة. والواجب على الفريق الآن أن يأخذوا نموذجهم النظري وإظهاره فعلياً في المختبر، وقد قاموا باستقطاب بعض الفيزيائيين التجريبيين لإثبات ذلك. ولقد تم نشر النتائج في نايتشير

المصدر (sciencealert)

*تم استبدال كلمة “فرانكنشتاين” بكلمة “مسخ” لتقريب معناها للقارئ العربي.

فرانكنشتاين:Frankenstein
فينتشنزو جيانيني Vincenzo Giannini :
كلية لندن الإمبراطورية: Imperial College London
العوازل الطبوغرافية: topological insulators
جزيئات فائقة البرودة: Super-cooled molecules
الصفر المطلق: absolute zero
البتات الكمومية: qubits –quantum Bits
كريستيان ساينس مونيتور: Christian Science monitor
جوزيف دوسولت: Joseph Dussault
المعالجات الكمومية: Quantum processors
التراكب : Superposition
نايتشر للاتصالات: Nature Communications

Comments are closed.