قد يمثل نوع جديد من البلورات تقدمًا كبيرًا في مجال فيزياء الكم.
باستخدام الألماس والليزر، ابتكر الفيزيائيون ما يعتقدون أنه أول مثال حقيقي على بلورة زمانية، وهي بلورة تنظَّم فيها الأنماط في الوقت المناسب دون تكرار. إنه تمييز دقيق، لكنه قد يساعد على تطوير أبحاث الكم والتكنولوجيا.
يقول الفيزيائي تشونغ زو من جامعة واشنطن: «يمكن تخزين الذاكرة الكمية لفترات طويلة من الزمن مثل «ذاكرة الوصول العشوائي» (RAM)، نحن بعيدون جدًا عن هذا النوع من التكنولوجيا. لكن إنشاء بلورة زمنية هو خطوة أولى حاسمة».
بلورات الزمن، التي تنبأ بها عالم الفيزياء النظرية فرانك ويلكزيك عام 2012 قبل ملاحظتها أول مرة عام 2016، تمثل إضافة إلى المصفوفة الذرية التي تشكل المواد الصلبة العادية.
تتخذ المواد البلورية مثل الألماس والكوارتز والملح شكل شبكات ذرية ثلاثية الأبعاد، إذ يتكرر ترتيب الجسيمات فيها. يمكن أخذ أي جزء من الشبكة وتركيبه على جزء آخر وسيتطابقان تمامًا.
البلورة الزمنية هي مادة تتحرك فيها الجسيمات عبر تسلسلات لا تخضع لتأثير خارجي. تتأرجح الجسيمات بين حالات الطاقة بنمط زمني يتكرر بطريقة مثالية.
على النقيض، تشكل الجسيمات في شبه البلورة الزمنية نمطًا منظمًا، لكن غير متكرر، مثل بلاط بنروز أو بلاط أمان-بينكر. للوهلة الأولى قد يبدو كأنه يتكرر، لكن لن تتطابق مكوناته مثاليًا.
لوحظت البلورات الزمانية تجريبيًا عدة مرات باستخدام مواد مختلفة.
الآن، ابتكر فريق من الفيزيائيين ما يعتقدون أنه أول شبه بلورة زمنية، حيث الأنماط الزمنية للجسيمات المتذبذبة لها بنية محددة لكنها لا تتكرر. يقول زو: «إنها مرحلة جديدة تمامًا من المادة».
تتمثل إحدى طرق إنشاء بلورة زمنية في إخراج بعض ذرات الكربون من الشبكة البلورية للألماس، ما يشكل مركز النيتروجين الشاغر، وهو ذرة نيتروجين مجاورة ومساحة فارغة، استخدم الباحثون هذه التقنية لإنشاء بلورة زمنية ودراسة خصائصها.
استخدم الباحثون ليزر النيتروجين لتحفيز مجموعة من ذرات الكربون في قطعة ألماس بعرض مليمتر واحد، ما منح الإلكترونات مساحةً كافية للتحرك وفق إيقاع نبضات الموجات الميكروية، تحت التأثير الكمي لجيرانها.
أدى بناء الموجات الميكروية في أنماط غير متكررة إلى سلوك متماثل، وإن كان مستقلًا في الجسيمات المتذبذبة، وهو سلوك يفي بمعايير بلورة زمنية.
«استخدمنا نبضات الموجات الميكروية لبدء الإيقاعات في أشباه البلورات الزمنية، تساعد الموجات الميكروية على خلق النظام الزمني».
راقب الباحثون هذه الحركات لمئات الدورات قبل أن تنهار شبه البلورة الزمنية، وهو المتوقع من البلورات الزمنية، فهي حساسة للغاية وعرضة للتدخل الخارجي. «نعتقد أننا أول فريق يُنشئ شبه بلورة زمنية حقيقية».
تُقدم النتائج رؤى جديدة قد تُساعدنا على فهم عالم الكم فهمًا أفضل، وكذلك بلورات الزمن نفسها. توجد تطبيقات عملية محتملة أيضًا، كما هو الحال في علم القياس. يومًا ما، قد تُساعد بلورات الزمن على قياس الزمن أيضًا.
قد تُستخدم أيضًا في أجهزة الاستشعار الكمومية والحوسبة الكمومية. ربما ما زال هذا بعيدًا، لكن لا يمكن إنجاز رحلة كهذه إلا بخطوات متوالية.
اقرأ أيضًا:
تصوير تذبذب بلورة زمانية للمرة الأولى
تشكيل بلورة زمنية باستخدام حاسوب غوغل الكمومي
ترجمة: لور عماد خليل
تدقيق: تمام طعمة
