اكتشاف تكوين جديد قد يتواجد به الضوء

صورة تخيّليّة لضوء محصور على سطح جسيم عازل طبوغرافي نانوي. المصدر: فينسينزو جيانيني

أشارت دراسة علمية جديدة إلى إمكانيّة الحصول على شكل جديد قد يتواجد به الضوء، من خلال ربطه مع إلكترون أحادي، ودمج خصائصهما معًا، واستنادًا لشرح العلماء القائمين على هذه الدّراسة من كلّيّة لندن الإمبراطوريّة، فإن زوج الضّوء والإلكترون سيمتلكان خصائص جديدة قد تقودنا إلى دوائر كهربائية تعمل على حزم الضوء، الفوتونات، عوضًا عن الإلكترونات.





ستمكّن هذه النتائج الباحثين من دراسة ظواهر الفيزياء الكمّيّة، التي تعالج الجسيمات التي تصغُر الذرّات على نطاق مرئي، يتفاعل الضّوء في الموادّ العاديّة مع مجموعة كبيرة من الإلكترونات الموجودة على السّطح وداخل الموادّ نفسها، لكن مع الاستعانة بالفيزياء النظرية لنمذجة سلوك الضوء، إلى جانب اكتشاف صنف جديد من المواد التي أطلق عليها اسم العوازل الطوبوغرافية؛ اكتشف باحثو الكليّة الإمبراطوريّة إمكانيّة تفاعل الضوء مع إلكترون واحد فقط على سطح هذه المادة.





سوف يُنتج هذا التّفاعل اقترانًا من شأنه أن يجمع بعض خصائص الضوء والإلكترون معًا، فالضوء يسير بالعادة في خطوط مستقيمة، لكن عند ربطه بالإلكترون سوف يتتبّع مسار الإلكترون بدلًا من المسار المستقيم، متعقّبًا بذلك سطح المادة، توصّل د. فينسينزو جيانيني وزملاؤه إلى هذه النتائج من خلال صناعة نماذجَ تحاكي هذا التفاعل باستخدام سطح جسيم متناهي الصّغر، وهو عبارة عن كرة صغيرة جدًا مصنوعة من العازل الطوبوغرافي ويبلغ قطرها إلى 0.00000001 من المتر، هذا ما ذُكر في الدّراسة التي نشرت في مجلة «nature communications» والتي أوضحت نتائجها أنّ الضّوء وبينما يتّخذ بعض خصائص الإلكترون ويدور حول الجسيم؛ يتّخذ الإلكترون أيضًا بعض خصائص الضوء.





من الطّبيعي أنْ تتوقّف الإلكترونات في مرحلة ما أثناء سفرها خلال الموادّ، مثل الدوائر الكهربائية، عند مواجهة معيقٍ ما، إلّا أنّ الفريق وجد أنّ الإلكترون حين يواجه بعض الشوائب على سطح الجسيم متناهي الصغر، سيتمّر في سيره دون انقطاع، وذلك بفضل المساعدة التي يتلقّاها من الضوء المقترن به، وإذا كان بالمقدور تطبيق ذلك مع دوائر الحزم الضوئيّة، فسيكون من الممكن تحصيل قوة أكبر وتقليل التشويش والعيوب الفيزيائية.





ستترك نتائج هذه الدراسة أثرًا هائلًا على تصوّرنا للضوء، يقول د. جيانيني مستطردًا أنّه رغم حداثة عهد العوازل الطوبوغرافية التي اكتُشفت فقط منذ عقد من الزمان، إلّا أنّها أثبتت قدرتها على تزويدنا بظواهر جديدة للدّراسة وطرق أخرى لاستكشاف مفاهيم فيزيائيّة هامّة.
يضيف د. جيانيني أنّه سيكون من الممكن باستخدام التكنولوجيا الحاليّة مشاهدة الظاهرة التي حاكاها الفريق في تجاربه، وهذا ما يتعاون الفريق من أجل تحقيقه مع علماء الفيزياء التجريبيّة لجعل هذه الدّراسة أقرب إلى الواقع، مُعربًا عن إيمانه بإمكانيّة تكبير هذه العمليات التي تقود إلى صنع هذا التكوين الضوئي الجديد حتّى يصبح من الممكن مشاهدة هذه الظاهرة بسهولة أكبر، أمّا في الوقت الحالي، فلا يمكننا رؤية هذه الظاهرة الكموميّة إلا عند النّظر إلى الأجسام متناهية الصغر أو الأجسام فائقة التّبريد، لكنّ الخطوة التالية ستتيح للعلماء دراسة الظاهرة عند درجة حرارة تساوي درجة حرارة الغرفة.