اختراق كمومي يجعل الضوء يتصرف كصلب وسائل في درجة حرارة الغرفة

تصوير: Konstantinos Lagoudakis — Wikimedia Commons — CC BY-SA 4.0. دون تعديل. صورة توضيحية مرتبطة بالموضوع، لا توثّق الحدث نفسه.

أعلن فريق دولي من علماء الفيزياء عن رصد حالة مادة كمومية غير مسبوقة تجمع بين النظام البلوري والتدفق الخالي من الاحتكاك، وتتحقق هذه الظاهرة في درجة حرارة الغرفة مما يزيل حاجز التبريد الشديد الذي كان يعيق التجارب المماثلة.

صورة توضيحية مرتبطة بالموضوع، لا توثّق الحدث نفسه.

ما هو السوبرسوليد؟

السوبرسوليد هو حالة مادة نادرة تظهر فيها بنية دورية منتظمة كالبلورات، بينما تحتفظ في الوقت نفسه بخاصية السيولة الفائقة التي تسمح للجسيمات بالتحرك دون مقاومة. في الظروف العادية يتعارض النظام البلوري مع التدفق الحر، لكن الميكانيكا الكمومية تتيح هذا الجمع الغريب.

تصوير: Authors of the study: Ben Stray, Andrew Lamb, Aisha Kaushik, Jamie Vovrosh, Anthony Rodgers, Jonathan Winch, Farzad Hayati, Daniel Boddice, Artur Stabrawa, Alexander Niggebaum, Mehdi Langlois, Yu-Hung Lien, Samuel Lellouch, Sanaz Roshanmanesh, Kevin Ridley, Geoffrey de Villiers, Gareth Brown, Trevor Cross, George Tuckwell, Asaad Faramarzi, Nicole Metje, Kai Bongs & Michael Holynski — Wikimedia Commons — CC BY 4.0. دون تعديل. صورة توضيحية مرتبطة بالموضوع، لا توثّق الحدث نفسه.

التجارب التقليدية في درجات حرارة منخفضة

حتى عام 2017 ظل السوبرسوليد فكرة نظرية، ثم أُثبت تجريبياً باستخدام تكاثفات بوز-أينشتاين الذرية المبردة إلى أجزاء من المليار من درجة كلفن. كانت تلك التجارب تتطلب أجهزة تبريد معقدة وتكلف موارد هائلة، مما حد من انتشار البحث وتطبيقاته العملية.

تصوير: Lukasz Brzozowski — Wikimedia Commons — CC BY-SA 3.0. دون تعديل. صورة توضيحية مرتبطة بالموضوع، لا توثّق الحدث نفسه.

طريقة جديدة باستخدام قطبيات الإكسايتون

اعتمد الفريق الجديد على جسيمات هجينة تسمى قطبيات الإكسايتون، التي تنشأ عندما يتفاعل الضوء بقوة مع مادة داخل تجويف بصري دقيق يحتوي على بلورة سائلة وموصل عضوي. هذه الجسيمات تعيش لبضع بيكوثوانٍ فقط، ومع ذلك تتمكن من تشكيل تكاثف بوز-أينشتاين وسلوك سيولة فائقة دون حاجة للتبريد، حيث تعمل المنظومة حتى درجات تقارب 60 درجة مئوية.

تصوير: Lab mol (Ilia Litvinov) — Wikimedia Commons — CC BY 4.0. دون تعديل. صورة توضيحية مرتبطة بالموضوع، لا توثّق الحدث نفسه.

رصد أنماط ضوئية تكشف الحالة

عند انتقال النظام إلى الطور السوبرسوليدي، ظهرت في الضوء المنبعث أشرطة مضيئة متباعدة بانتظام، دليل على توزع كثافة دوري تلقائي. هذا النمط المكاني هو السمة المميزة للبنية البلورية، بينما استمرار التدفق بدون احتكاك أكد الطبيعة المزدوجة للحالة.

تصوير: Auckland Museum — Wikimedia Commons — CC BY 4.0. دون تعديل. صورة توضيحية مرتبطة بالموضوع، لا توثّق الحدث نفسه.

يفتح هذا الإنجاز الباب أمام حواسيب ضوئية فائقة السرعة وأجهزة استشعار ذات حساسية غير مسبوقة، كما يوفر منصة يسهل الوصول إليها لدراسة الظواهر الكمومية الغريبة بعيداً عن مختبرات التبريد الشديد.

تصوير: Pmigdal — Wikimedia Commons — CC BY-SA 4.0. دون تعديل. صورة توضيحية مرتبطة بالموضوع، لا توثّق الحدث نفسه.

المصادر

• A quantum breakthrough makes light behave like both a solid and a liquid (sciencedaily.com)