للمرة الأولى، التُقطت صورًا مباشرة للذرات وهي تتحرك بحرية في الفضاء دون قيود، ما مكّن الفيزيائيين من إلقاء نظرة أقرب على ظاهرة كمّية طالما كانت متوقعة نظريًا.
يشبه هذا الإنجاز التقاط صورة لطائر نادر في حديقة منزلك بعد سنوات من سماع تقارير عن وجوده دون رؤيته فعليًا، لكننا هنا لا نتحدث عن الطيور، بل عن فيزياء الكمّ.
طوّر الباحثون الأمريكيون، الذين يقفون وراء هذا التقدم العلمي، ما يُعرف باسم «مجهر الدقة الذرية»، وهو نظام تصوير يبدأ بحبس الذرات في سحابة، حيث يمكنها أن تتحرك بحرية، ثم يُستخدم ضوء ليزر لتجميد هذه الذرات في مواضعها والتقاط صور لها.
وقال مارتن زويرلاين من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: «بإمكاننا الآن رؤية ذرات مفردة داخل هذه السحب الذرية المثيرة، ورصد تفاعلاتها مع بعضها، وهذا أمر رائع».
تفتح القدرة على تصوير هذه الذرات في أثناء تفاعلها آفاقًا جديدة لدراسة المادة على أصغر المقاييس في العالم الكمومي، وقد تمكّن الباحثون فعليًا من رصد بعض الأنماط الذرية النادرة عن قرب.
من بين هذه الأنماط ما يُعرف بتكاثف بوز-أينشتاين، وهو حالة تتشكل من اندماج البوزونات والفرميونات في أزواج. وتُعد هذه الحالة مفتاحًا لفهم أعمق لسلوك الذرات فائقة الصغر وتغيراتها.
وفي إنجاز آخر، استطاع الفريق التقاط صورة مباشرة لموجة دي برولي، نسبةً إلى الفيزيائي الفرنسي لويس دي برولي، التي تُظهر كيف تدفع البوزونات بعضها بعضًا، وهي نظرية أسهمت اسهامًا كبيرًا في تأسيس الفيزياء الحديثة.
ومع دراسة هذه الظواهر سابقًا، فإن النظام الجديد يسمح بتحليلها بدرجة من التفاصيل لم تكن ممكنة في السابق، حتى على مستوى الذرات المفردة.
يقول زويرلاين: « كانت التقنيات السابقة تتيح فقط رؤية الشكل العام لسحابة الذرات، دون القدرة على رصد الذرات المفردة. الأمر يشبه رؤية الغيوم في السماء، دون أن ترى قطرات الماء التي تكوّنها».
رصد الذرات وتتبعها عملية في غاية الصعوبة، فحجم الذرة يقارب عُشر النانومتر (أي نحو واحد على مليون من عرض شعرة الإنسان) ما يستدعي أنظمة تصوير شديدة التعقيد والدقة.
والآن، بعد إثبات جدوى هذه التقنية، يطمح الفريق لاستخدامها في دراسة أنواع أخرى من تفاعلات الذرات، لا سيما تلك النادرة والأقل فهمًا، مثل فيزياء هول الكمومية، إذ تتفاعل الإلكترونات مع الحقول المغناطيسية بطرق غير تقليدية.
واختتم ريتشارد فليتشر، الفيزيائي في معهد ماساتشوستس بقوله: «عندما ترى مثل هذه الصور، التي تُظهر في شكل فوتوغرافي ما كان يُتوقع فقط في المعادلات الرياضية، فإنها تذكير جميل بأن الفيزياء تتعلق بأشياء مادية، إنها حقيقية فعلاً».
اقرأ أيضًا:
باحثون ينشرون صورًا لأول ذرات تسبح في سائل
في إنجاز عظيم، نجح العلماء بخلق تشابك كمومي بين طبلة وسحابة من الذرات
ترجمة: وليد محمد عبد المنعم
تدقيق: يامن صالح
مراجعة: باسل حميدي
