phpLR1xtV

<h1 class="ql-align-center ql-direction-rtl">عالم كمي في حجم قبضة اليد: جائزة نوبل في الفيزياء 2025</h1> ما الحد الأقصى لحجم النظام الذي قد تظهر فيه التأثيرات الكمية؟ يُعد هذا السؤال أحد الأسئلة الكبرى في الفيزياء. أجرى الحاصلون على جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2025 تجارب على دائرة كهربائية تمكنوا من خلالها من إثبات ظاهرتي النفق الكمي، وتكميم مستويات الطاقة في نظام كبير بما يكفي ليُمسك باليد. تسمح ميكانيكا الكم للجسيم بالمرور مباشرةً عبر حاجز، في عملية تُعرف باسم النفق الكمي. لكن عندما يتعلق الأمر بعدد كبير من الجسيمات، فإن التأثيرات الكمية عادةً ما تغدو مهملة وغير ملحوظة. أظهرت تجارب العلماء الفائزين هذا العام أن الخصائص الكمية يمكن جعلها ملموسة حتى على المقياس الكبير.&nbsp; عامي 1984 و1985، أجرى جون كلارك وميشيل ديفوريه وجون مارتينيس سلسلة من التجارب باستخدام دائرة إلكترونية مكونة من مواد فائقة التوصيل، وهي مكونات يمكنها نقل التيار الكهربائي دون أي مقاومة. كانت أجزاء هذه الدائرة مفصولة بطبقة رقيقة من مادة عازلة وفقًا لترتيب يُعرف باسم وصلة جوزيفسون. بتعديل تصميم الدائرة وقياس خصائصها الدقيقة، تمكن الباحثون من التحكم في نمطها ودراسة الظواهر الفيزيائية التي ظهرت عند تمرير التيار عبرها. تبين أن الجسيمات المشحونة المتحركة داخل الموصل الفائق تتصرف كما لو كانت جسيمًا واحدًا ضخمًا يملأ الدائرة بأكملها. في البداية، يكون هذا النظام –الذي يتصرف جسيمًا واحدًا– في حالة يتدفق فيها التيار دون وجود أي جهد كهربائي -صفر فولت- وكأنه محبوس خلف حاجز لا يستطيع عبوره. لكن في التجربة، أظهر النظام سلوكه الكمي عندما تمكن من عبور هذا الحاجز بفضل ظاهرة النفق الكمي، منتقلًا من حالة صفر فولت إلى حالة جديدة، وقد كُشف عن هذا الانتقال بظهور جهد كهربائي في الدائرة. تمكن العلماء الفائزون أيضًا من إثبات أن النظام يتصرف تمامًا كما تتنبأ به ميكانيكا الكم، أي أنه مكمم (quantized)، فلا يمكنه امتصاص أو إصدار الطاقة إلا بكميات محددة وثابتة. أعرب أولي إريكسون، رئيس لجنة نوبل للفيزياء: «من الرائع أن نحتفل بالطريقة التي لا تزال بها ميكانيكا الكم تقدم لنا مفاجآت جديدة باستمرار بعد مرور قرن على اكتشافها. وهي مفاجآت مثمرة للغاية أيضًا، إذ تُعد ميكانيكا الكم الأساس الذي قامت عليه جميع التقنيات الرقمية».&nbsp; تُعد الترانزستورات في رقائق الحواسيب مثالًا على التقنية الكمية الراسخة التي تُحيط بنا اليوم. أما هذا الاكتشاف الجديد، فقد فتح آفاقًا واسعة لتطوير الجيل القادم من التكنولوجيا الكمية، متضمنةً التشفير الكمي، والحواسيب الكمية، وأجهزة الاستشعار الكمية.

عالم كمي في حجم قبضة اليد: جائزة نوبل في الفيزياء 2025

phpy4w9T2

<h1 class="ql-direction-rtl ql-align-center">عالم كمي في حجم قبضة اليد: جائزة نوبل في الفيزياء 2025</h1> &nbsp;ما الحد الأقصى لحجم النظام الذي قد تظهر فيه التأثيرات الكمية؟ يُعد هذا السؤال أحد الأسئلة الكبرى في الفيزياء. أجرى الحاصلون على جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2025 تجارب على دائرة كهربائية تمكنوا من خلالها من إثبات ظاهرتي النفق الكمي، وتكميم مستويات الطاقة في نظام كبير بما يكفي ليُمسك باليد. تسمح ميكانيكا الكم للجسيم بالمرور مباشرةً عبر حاجز، في عملية تُعرف باسم النفق الكمي. لكن عندما يتعلق الأمر بعدد كبير من الجسيمات، فإن التأثيرات الكمية عادةً ما تغدو مهملة وغير ملحوظة. أظهرت تجارب العلماء الفائزين هذا العام أن الخصائص الكمية يمكن جعلها ملموسة حتى على المقياس الكبير. عامي 1984 و1985، أجرى جون كلارك وميشيل ديفوريه وجون مارتينيس سلسلة من التجارب باستخدام دائرة إلكترونية مكونة من مواد فائقة التوصيل، وهي مكونات يمكنها نقل التيار الكهربائي دون أي مقاومة. كانت أجزاء هذه الدائرة مفصولة بطبقة رقيقة من مادة عازلة وفقًا لترتيب يُعرف باسم وصلة جوزيفسون. بتعديل تصميم الدائرة وقياس خصائصها الدقيقة، تمكن الباحثون من التحكم في نمطها ودراسة الظواهر الفيزيائية التي ظهرت عند تمرير التيار عبرها. تبين أن الجسيمات المشحونة المتحركة داخل الموصل الفائق تتصرف كما لو كانت جسيمًا واحدًا ضخمًا يملأ الدائرة بأكملها. في البداية، يكون هذا النظام –الذي يتصرف جسيمًا واحدًا– في حالة يتدفق فيها التيار دون وجود أي جهد كهربائي -صفر فولت- وكأنه محبوس خلف حاجز لا يستطيع عبوره. لكن في التجربة، أظهر النظام سلوكه الكمي عندما تمكن من عبور هذا الحاجز بفضل ظاهرة النفق الكمي، منتقلًا من حالة صفر فولت إلى حالة جديدة، وقد كُشف عن هذا الانتقال بظهور جهد كهربائي في الدائرة. تمكن العلماء الفائزون أيضًا من إثبات أن النظام يتصرف تمامًا كما تتنبأ به ميكانيكا الكم، أي أنه مكمم (quantized)، فلا يمكنه امتصاص أو إصدار الطاقة إلا بكميات محددة وثابتة. أعرب أولي إريكسون، رئيس لجنة نوبل للفيزياء: «من الرائع أن نحتفل بالطريقة التي لا تزال بها ميكانيكا الكم تقدم لنا مفاجآت جديدة باستمرار بعد مرور قرن على اكتشافها. وهي مفاجآت مثمرة للغاية أيضًا، إذ تُعد ميكانيكا الكم الأساس الذي قامت عليه جميع التقنيات الرقمية». تُعد الترانزستورات في رقائق الحواسيب مثالًا على التقنية الكمية الراسخة التي تُحيط بنا اليوم. أما هذا الاكتشاف الجديد، فقد فتح آفاقًا واسعة لتطوير الجيل القادم من التكنولوجيا الكمية، متضمنةً التشفير الكمي، والحواسيب الكمية، وأجهزة الاستشعار الكمية.&nbsp;&nbsp;&nbsp;

phpgNTA86

&nbsp;<h1 class="ql-align-right ql-direction-rtl">علماء الفيزياء يبتكرون بلورة زمنية يمكننا رؤيتها بالفعل</h1>&nbsp;&nbsp;حقّق الفيزيائيون مؤخرًا إنجازًا جديدًا في مجال البلورات الزمنية. ولأول مرة بُنيت بلورة زمنية يمكن رؤيتها بالعين المجرّدة مباشرة.&nbsp;عند النظر إليها، تبدو غير ساكنة، بل تتحرك لتظهر عليها تموّجات في هيئة خطوط متلألئة بألوان زاهية تشبه أضواء النيون. وقد يفتح هذا النوع من المواد الباب أمام عالم جديد من التطبيقات التكنولوجية، مثل تقنيات أكثر تقدمًا لمكافحة التزوير، ومولدات أرقام عشوائية، ورموز شريطية ثنائية الأبعاد (كالباركود أو رموز QR)، إضافةً إلى أجهزة بصرية متطورة.&nbsp;&nbsp;يقول الفيزيائي هان تشينغ تشاو من جامعة كولورادو بولدر: «يمكن رصد هذه البلورات مباشرة تحت المجهر، بل وحتى بالعين المجردة في ظروف خاصة».&nbsp;&nbsp;إن البلورات الزمنية ظاهرة حديثة جدًا، فقد تنبّأ بها الفيزيائي النظري الأمريكي فرانك ويلتشيك عام 2012، لكن عدها بعض العلماء في البداية فكرة مخالفة للقوانين وقد تؤدي إلى كسر قاعدة أساسية في الديناميكا الحرارية، وهو فرع من الفيزياء يدرس كيفية تأثير الحرارة والطاقة في حركة الغازات والسوائل. في عام 2016 أعلن فريق من الفيزيائيين الأمريكيين أنهم استطاعوا رصدها بالفعل في تجربة مخبرية.&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;من الممكن تبسيط الأمر على هذا النحو: تتكون المواد البلورية مثل الألماس والكوارتز والملح من شبكات ذرية ثلاثية الأبعاد، إذ تصطف الذرات في نمط متكرر يشبه شبكة هندسية، أشبه بمكعب روبيك مكون من مكعبات صغيرة، إذ تمثل كل ذرة مكعبًا صغيرًا. ما يختلف في الأمر، أنه في حال أخذ جزء من هذه الشبكة، يمكن دائمًا وضعه فوق جزء آخر لينطبق عليها تمامًا.&nbsp;&nbsp;&nbsp;البلورة الزمنية هي نمط من الجسيمات يمتد في البعد الزمني، بمعنى آخر، إن البلورات الزمنية لا تتكرر في المكان فحسب، بل في الزمن أيضًا. تهتز جسيماتها بطريقة دورية، إذ يمكن تراكب هذه الحركة تمامًا كما هو الحال مع نمطها المكاني. وأهم من ذلك، أن هذه الاهتزازات تكسر تناظر الزمن، أي أنها لا تتبع الإيقاعات الطبيعية لما حولها.&nbsp;إن الإمكانات التي تتيحها البلورات الزمنية، سواء لدراسة سلوكيات الجسيمات في عالم الكم أم للتطبيقات التكنولوجية مثيرة جدًا. ولهذا السبب يحرص العلماء على دراسة خصائصها وفهم ما يجعلها تعمل بهذه الطريقة.&nbsp;&nbsp;صنع تشاو وزميله الفيزيائي إيفان سماليوخ من جامعة كولورادو بولدر بلورتهما الزمنية باستخدام البلورات السائلة، وهي نفس المادة الموجودة في شاشات LCD التي تُرى في الساعات والتلفزيونات. تتكون هذه البلورات من جزيئات على شكل قضبان صغيرة، تتصرف أحيانًا كسائل وأحيانًا كبلورة. وضع الباحثون البلورة السائلة بين لوحين زجاجيين مطليين بصبغة حساسة للضوء. وعند تسليط أنواع معينة من الضوء على العينة، لوحظ أن جزيئات الصبغة قد استُقطبت أو غيرت اتجاهها، ما أدى إلى توليد ضغط على البلورة السائلة.&nbsp;&nbsp;تسبب هذا الضغط في ظهور انحناءات صغيرة داخل البلورة السائلة، والتي تفاعلت مع بعضها عبر سلسلة معقدة من الخطوات مكوّنةً نمطًا من الحركة استمر لساعات حتى مع تغير الضوء ودرجة الحرارة. لوحظت هذه الأنماط في العينة على شكل صفوف متموجة من الخطوط الملونة. يقول سماليوخ: «يولد كل شيء من لا شيء، كل ما عليك فعله هو تسليط الضوء، ليظهر أمامك هذه العالم الكامل من البلورات الزمنية».&nbsp;&nbsp;مع أن نتائج الدراسة تفي بالمتطلبات الصارمة لتصنيفها بلورة زمنية، يقول الباحثون إنه ما يزال هناك مجال واسع لاستكشاف خصائص البلورات الزمنية في أنظمة مختلفة. ويظنون أنه عند دراسة كيفية ظهور البلورات الزمنية في ظروف وأنظمة مختلفة، قد تظهر معايير جديدة لتحديد خصائصها. في الوقت نفسه، تبدو الإمكانات العملية لهذه البلورات مثيرة جدًا. &nbsp;يقول كل من تشاو وسماليوخ: «قد تشير التطبيقات التكنولوجية المحتملة في الأجهزة البصرية، ومولدات البلورات الزمنية الضوئية، والاتصالات، وتصاميم مكافحة التزوير، إلى بداية آفاق جديدة للبلورات الزمنية والبلورات الزمنية المكانية، إذ إن إجراء المزيد من البحوث الأساسية قد يدفع القدرات التكنولوجية إلى الأمام».&nbsp;&nbsp;&nbsp;

عبدالجليل الطرابلسي

الأعمال

عالم كمي في حجم قبضة اليد: جائزة نوبل في الفيزياء 2025

عالم كمي في حجم قبضة اليد: جائزة نوبل في الفيزياء 2025

علماء الفيزياء يبتكرون بلورة زمنية يمكننا رؤيتها بالفعل