شكل جديد للضوء

واشنطن - جوزيف دوسولت-ترجمة: خالد طه
وصف علماء الفيزياء شكلا جديدا من الضوء ينتج من ربط الفوتونات الضوئية بإلكترون مفرد. وبحسب الدراسة، المنشورة مؤخرا في مجلة " Nature Communications"، يمكن استخدام الجسيمات الناتجة في دوائر ضوئية جديدة والسماح بدراسة الظواهر الكمية على النطاق المرئي.
يقول المعد الرئيسي للدراسة، فينشنزو جيانيني: "نتائج هذا البحث سيكون لها تأثير كبير على الطريقة التي نتصور بها الضوء".
والفوتونات هي المكون الجزيئي الأساسي للضوء. وعندما تتصل هذه الجزيئات بالمادة، فإنها تتفاعل مع العديد من الإلكترونات الموجودة على سطح المادة. وقد سعى د. جيانيني، الذي يحاضر في قسم الفيزياء بكلية إمبريال في لندن، لدراسة تفاعل الفوتونات مع فئة "تم اكتشافها حديثا" من المواد تسمى "العوازل الطبولوجية".
وقد قام فريق د. جيانيني من علماء الفيزياء وعلماء المادة بتطوير نماذج رقمية من شأنها أن تتنبأ بالتفاعل. وقد أظهرت تلك النماذج، التي استندت على جسيمات مفردة متناهية الصغر مصنوعة من عازل طبوغرافي، أن الضوء يمكن أن يتفاعل مع إلكترون سطحي واحد فقط.
وبربط الجزيئين، استطاع الباحثون الجمع بين خصائص الاثنين. فالضوء في العادة ينتقل في خط مستقيم، ولكن عندما يتم ربطه بإلكترون مفرد، يمكنه أن يتبع مسار الإلكترون على طول سطح المادة. وفي حين أن الإلكترونات عادة ما تتوقف عندما تواجه موصل ضعيف، فإن إضافة الفوتونات إليها تسمح للجزيئين المجتمعين معا بمواصلة الحركة.
ويمكن استخدام الدوائر الضوئية لتشغيل أجهزة محاكات كمية، أو تطبيقها على أنظمة الذاكرة الكمية الصلبة، وهي مكون أساسي في أجهزة الكمبيوتر الكمية.
يقول الباحثون إن الجزيئين المجتمعين معا يمكنهما تحسين متانة الدوائر الضوئية، مما يجعلها أقل عرضة للفوضى والنقص المادي.
عادة، الظواهر الكمية – مثل ظاهرة التراكب التي توجد فيها الجزيئات في حالتين مختلفتين في وقت واحد – يمكن ملاحظتها فقط الجسيمات متناهية الصغر أو في الأجسام المبردة تبريردا فائقا. ولكن مزيج الفوتون والإلكترون يمكن أن يسمح للباحثين بدراسة هذه التأثيرات على نطاق مرئي وفي درجة حرارة الغرفة.
ويقول الباحثون إنه ينبغي أن يكون بالإمكان تكرار النماذج باستخدام التكنولوجيا الحالية. وتحقيقا لهذه الغاية، يعمل جيانيني وزملاؤه مع علماء الفيزياء التجريبية لمراقبة الاقتران في التجربة الواقعية.
يقول جيانيني: "تم اكتشاف العوازل الطبولوجية في العقد الفائت فقط، ولكنها تزودنا بالفعل بظواهر جديدة لدراستها ووسائل جديدة لاستكشاف مفاهيم مهمة في الفيزياء".

خدمة كريستيان ساينس مونيتور - ش