phphJYZfC

<h1 class="ql-align-justify ql-direction-rtl">&nbsp;ابتكار تقنيات جديدة قد تسهل إعادة تدوير النفايات البلاستيكية</h1> طوّر الباحثون محفِّزًا رخيصًا مصنوعًا من النيكل يستهدف أحد أكثر البوليمرات إشكالية، وبينهي هذا الاكتشاف عصر الفرز الأولي للنفايات البلاستيكية المختلطة، ونُشرت هذه النتائج في دراسة في مجلة Nature Chemistry في سبتمبر 2025. ما زالت إعادة تدوير البلاستيك أصعب بكثير من المتوقع، حتى بعد عقود من الجهود العالمية. وتعود هذه الحقيقة المقلقة إلى مجموعة من البوليمرات تُسمّى البولي أوليفينات. ويُنتج البشر ما يقارب 220 مليون طن من المنتجات القائمة على البولي أوليفينات سنويًا، ومعظمها يُستخدم لمرة واحدة فقط مثل عبوات التوابل، وأباريق الحليب، ولفائف البلاستيك، وأكياس القمامة، وعبوات العصير. وبحسب بيان صحفي لعالم الكيمياء يوسي كراتيش من جامعة نورث وسترن بوصفه أحد معدي الدراسة: كل ما يوجد في الثلاجة تقريبًا يعتمد على البولي أوليفينات. يُفكَّك البلاستيك عادةً باستخدام المحفِّزات، وهي مركّبات قادرة على استغلال الروابط الكيميائية الضعيفة لبدء عملية التحلّل في المواد التي قد تحتاج مئات أو حتى آلاف السنين لتتحلل طبيعيًا. نُعيد تدوير أقل من 10% فقط من منتجات البولي أوليفينات سنويًا، ما يؤدي إلى بقاء جبال من النفايات تتجه إما إلى المكبات أو الأفران الصناعية. ويعود السبب إلى أن البولي أوليفينات تختلف عن باقي أنواع البلاستيك، فهذه البوليمرات المقاومة تتحمّل التحلل بسبب جزيئاتها الصغيرة المرتبطة بروابط كربون- كربون قوية جدًا. يقول كراتيش: «إن البولي أوليفينات لا تحتوي على أي روابط ضعيفة، فجميع الروابط قوية جدًا وغير نشطة كيميائيًا». تعتمد حلولنا الحالية على التدابير المؤقتة منها أكثر من اعتمادها الحلول الحقيقية. يمكن تمزيق منتجات البولي أوليفينات، وإذابتها، وإعادة تدويرها إلى حبيبات بلاستيكية منخفضة الجودة، لكن حتى في هذه الحالة توجد ملاحظات مهمة. فما يزال الفصل بمساعدة الإنسان ضروريًا، وحتى أقل كميات من بقايا الطعام أو المواد غير البلاستيكية قد تُفسد الدفعة بأكملها. وفي الوقت نفسه، يتطلب حرق البولي أوليفينات درجات حرارة تصل إلى 700 سيليزيوس. يقول كراتيش: «كل شيء يمكن حرقه بالتأكيد، وعند توفير الطاقة الكافية بالوسع تحويل أي مادة إلى ثاني أكسيد الكربون والماء. لكننا أردنا إيجاد طريقة أنيقة لتطبيق أقل قدر ممكن من الطاقة للحصول على منتج ذي أعلى قيمة». يطرح التحليل الهيدروجيني أحد الحلول الممكنة، وهي عملية يُستخدم فيها مزيج من غاز الهيدروجين والمحفّز لتفكيك البلاستيك البولي أوليفيني إلى هيدروكربونات مفيدة فعليًا. وتشمل خيارات التحليل الهيدروجيني الحالية أيضًا درجات حرارة مرتفعة ومحفّزات مكلفة مشتقة من المعادن النبيلة، لكن فريق كراتيش وجد طريقة بديلة. اكتشف المهندسون بديلًا مصنّعًا يُسمّى النيكل الكاتيوني، وعلى عكس المعادن النادرة مثل البالاديوم والبلاتين، يتميز بأنه رخيص وفير وسهل التجميع. وتشمل المحفّزات الأخرى القائمة على النيكل مواقع تفاعلية متعددة، أما نسخة النيكل الكاتيوني ذات الموقع الواحد فتسمح له بالعمل بشكل أشبه بالليزر الدقيق أو السكين الحاد. وبدلًا من تفكيك كل بنية البلاستيك، تستهدف هذه الطريقة الروابط القوية بين ذرات الكربون تحديدًا، عند درجة حرارة أقل وبضغط هيدروجين يقلّ إلى النصف. ويتميز المحفّز الجديد بالاستقرار الكبير، إذ يتحمل حتى البلاستيك الملوث والثقيل بالملوثات مثل الـ PVC. قال كراتيش: «كانت إضافة PVC إلى خليط إعادة التدوير محظورة دائمًا، لكن يبدو أن ذلك يحسّن عمليتنا أكثر … هذا أمر مذهل، وبالتأكيد ليس شيئًا توقعه أحد». إذا ثبتت إمكانية توسيع نطاق استخدام المحفّز الجديد وكفاءته، قد يقضي إلى حد كبير على الحاجة إلى الفرز المسبق المرهق للبلاستيك، ويقلل كثيرًا من كمية الجسيمات البلاستيكية الدقيقة التي تُطلق في البيئة يوميًا.

ابتكار تقنيات جديدة قد تسهل إعادة تدوير النفايات البلاستيكية

phpiSWXlL

<h1 class="ql-align-center ql-direction-rtl">ظاهرة كمية غامضة تُرصد في مادة فائقة التوصيل!</h1> &nbsp;اكتشف باحثون في جامعة رايس دليلًا مباشرًا على وجود نطاقات إلكترونية مسطحة فعالة في مادة فائقة التوصيل، ما يُعد إنجازًا علميًا مهمًا قد يفتح آفاقًا جديدة في تصميم المواد الكمية، متضمنةًُ الموصلات الفائقة والعوازل الطوبولوجية والإلكترونيات المغزلية التي قد تُستخدم في تشغيل تقنيات الحوسبة والإلكترونيات المستقبلية. تركز الدراسة على معدن كاغومي المعتمد على الكروم، الذي يُظهر خصائص التوصيل الفائق عند تعريضه للضغط. تشير التوقعات إلى أن المعادن ذات بنية كاغومي -المتمثلة في شبكات ثنائية الأبعاد من مثلثات تشترك في الزوايا- تحتوي على مدارات جزيئية مدمجة، أو ما يُعرف بأنماط الموجات الثابتة للإلكترونات. قد تُسهل هذه المدارات ظهور أنماط غير تقليدية من التوصيل الفائق وترتيبات مغناطيسية جديدة تُفعل بفعل تأثيرات الارتباط الإلكتروني. في معظم المواد، تبقى هذه النطاقات المسطحة بعيدةً عن مستويات الطاقة الفعالة، فلا يكون لها تأثير يُذكر. أما في (CsCr₃Sb₅)، فقد تبين أنها نشطة ومؤثرة مباشرةً في السلوك الإلكتروني للمادة وخصائصها الفيزيائية. قال بينغتشنغ داي، أستاذ الفيزياء والفلك الحاصل على كرسي سام وهيلين ووردن: «تؤكد نتائجنا توقعًا نظريًا مفاجئًا، وتمهد الطريق نحو هندسة التوصيل الفائق غير التقليدي، بالتحكم الكيميائي والبنيوي». تُقدم هذه النتائج دليلًا تجريبيًا مباشرًا على أفكار كانت موجودة سابقًا فقط في النماذج النظرية، وتُظهر كيف يمكن استغلال هندسة شبكات كاغومي المعقدة بوصفها أداة تصميم للتحكم في سلوك الإلكترونات داخل المواد الصلبة. «أظهرنا وجود صلة مباشرة بين هندسة الشبكة البلورية والحالات الكمية الناشئة، بتحديد النطاقات المسطحة الفعالة». استخدم فريق البحث تقنيتين متقدمتين من تقنيات الإشعاع السنكروتروني إلى جانب النمذجة النظرية للتحقق من وجود أنماط الإلكترونات الموجية الثابتة الفعالة. إذ استخدموا مطيافية الانبعاث الضوئي المحللة زاويًا (ARPES) لرسم خريطة للإلكترونات المنبعثة تحت ضوء السنكروترون، وكشفوا بواسطتها بصمات مميزة للمدارات الجزيئية المدمجة. واستخدموا تشتت الأشعة السينية غير المرن الرنان (RIXS) لقياس الاستثارات المغناطيسية المرتبطة بهذه الأنماط الإلكترونية. «توفر نتائج التقنيتين صورة متسقة تُظهر أن النطاقات المسطحة ليست متفرجة خاملة، بل تشارك بنشاط في تشكيل المشهد المغناطيسي والإلكتروني. من المذهل أن نرى ذلك متحققًا تجريبيًا بعد أن كان موجودًا فقط في النماذج النظرية المجردة». قدم الفريق دعمًا نظريًا بدراسة تأثير الارتباطات القوية باستخدام نموذج شبكي إلكتروني مصمم خصيصى، أعاد إنتاج النتائج التجريبية وساعد في تفسيرها. أشار الباحثون إلى أن الحصول على بيانات دقيقة بهذا المستوى تطلب بلورات كبيرة ونقية استثنائية من مادة (CsCr₃Sb₅)، حُضرت باستخدام طريقة محسنة أنتجت عينات أكبر بمئة ضعف من المحاولات السابقة. «تؤكد الدراسة الإمكانات الكبيرة للبحث متعدد التخصصات عبر مختلف مجالات العلم. أصبح هذا العمل ممكنًا بفضل التعاون الذي جمع بين تصميم المواد وتحضيرها، وقياس خصائصها الإلكترونية والمغناطيسية، والدعم النظري المتكامل».

ظاهرة كمية غامضة تُرصد في مادة فائقة التوصيل!

phpxsQoqS

<h1 class="ql-align-right ql-direction-rtl">فريق ياباني يبتكر طريقة جديدة لتحديد عمر الكواكب الغازية العملاقة</h1> استخدم فريق بحث مشترك من جامعة ناغويا في اليابان والمعهد الوطني الإيطالي للفيزياء الفلكية (INAF) طريقة جديدة لقياس عمر كوكب المشتري، ما يشير إلى إمكانية استخدام هذه الطريقة لتحديد الأزمنة التي تشكلت فيها كواكب المجموعة الشمسية. تحديد عمر الكواكب هو أمر بالغ الصعوبة كما هو متوقع، إذ لم يتمكن الإنسان من تحديد عمر تقريبي للأرض حتى عام 1953، حين قاس عالم الجيوكيمياء كلير كاميرون باتيرسون نظائر الرصاص في عينات من النيازك، فاستطاع تضييق احتمالات عمر المجموعة الشمسية. وساعدت اختبارات لاحقة على أقدم بلورات الزركون على سطح الأرض في دعم هذه الاستنتاجات، محددة عمر كوكبنا بنحو 4.543 مليار سنة. وقد وضح ذلك آدم بورغاسر، أستاذ علم الفلك والفيزياء الفلكية في جامعة كاليفورنيا، سان دييغو، في مقال له على موقع The Conversation. إذ قال: «تُعدّ النظائر المشعة المفتاح لتحديد أعمار الكواكب في المجموعة الشمسية. فهذه الذرات الفريدة تُطلق الطاقة ببطء على مدى فترات زمنية طويلة. وبوصفها ساعات طبيعية، تساعد النظائر المشعة العلماء على تحديد أعمار المواد جميعها، بدءًا من الصخور وانتهاءً بالعظام والفخار». وباستخدام هذه الطريقة، حدد العلماء أن أقدم نيزك معروف يبلغ عمره 4.57 مليار سنة، وهو قريب جدًا من قياس علم الزلازل النجمية للشمس الذي قدر عمرها بـ 4.58 مليار سنة. أما أقدم الصخور المعروفة على سطح الأرض، فأعمارها أصغر قليلًا إذ تُقَدّر ب 4.40 مليار سنة. وبالمثل، أظهر القياس الإشعاعي لعينات التربة التي أعيدت من القمر خلال رحلات أبولو أعمارًا تصل إلى 4.6 مليار سنة. تُستخدم طرق أخرى لتقدير عمر الكواكب وأجرام المجموعة الشمسية، وتتضمن عدّ الفوهات الناتجة عن اصطدام النيازك، وتخمين العدد المتوقع للتصادمات خلال فترة زمنية محددة. تُعد هذه الطريقة مفيدة لأجرام مثل كوكب عطارد خاصةً، ويُعتقد أن لدينا منه عينة نيزكية واحدة فقط. لا يتأثر سطح الكواكب الغازية العملاقة مطلقًا بصدمات النيازك. فقد تتعرض هذه الكواكب للاصطدامات باستمرار، وبينما قد نلاحظ الومضات الناتجة عن هذه التصادمات، فإنها لا تُحدث فوهات في الغلاف الغازي. وبالوسع استخدام طريقة الفوهات الاصطدامية في تقدير أعمار أقمار هذه الكواكب، لكنها ليست الطريقة الأمثل. وبدراسة النيازك الغنية بالحديد، اكتشف العلماء وجود مجموعتين متميزتين من هذه الصخور. بناءً على ذلك، اقترحوا أن تكوّن كوكب المشتري كان السبب في هذا التمييز، ما يرجّح أن يكون المشتري أقدم كوكب في المجموعة الشمسية. في دراسة جديدة، ابتكر الباحثون طريقة جديدة لتقدير عمر كوكب المشتري. وذلك بدراسة الكوندرولات، التي بدورها تُشكل معظم كتلة نيازك الكوندريت. يوضح الفريق في البحث الذي نشروه: «الكوندرولات هي جسيمات كروية من السيليكات المتبلورة من المادة المصهورة، تشكل جزءًا كبيرًا من كتلة نيازك الكوندريت. عادةً ما يتراوح حجم الكوندرول بين 0.1–2 ملم، وتُقدر معدلات تبريدها ب 10–1,000 كلفن لكل ساعة. تتجاوز النسبة الحجمية لهذه الكرات 80% داخل نيازك الشوندريت العادية، وتشير هذه النسبة العالية إلى جانب الانتشار الواسع وشكلها الكروي أو شبه الكروي إلى أنها نشأت من عملية انصهار غير معروفة حدثت على نطاق واسع في السديم الشمسي». حاول الفريق نمذجة كيفية تكوّن هذه الكوندرولات، فوجدوا أن تكوّنها الطبيعي ممكن نتيجة التصادمات بين الكواكب الأولية التي تحتوي على معادن متطايرة. وتبين أيضًا أن حجم الكرات ومعدل تكوّنها يعتمدان على مدى غنى الكواكب الأولية المتصادمة بالماء. يقول البروفيسور سين-إيتي سيرونو في تصريح له: «عندما تصادمت الكواكب الأولية مع بعضها، تبخّر الماء على الفور إلى بخار سريع الاتساع. وقد عمل هذا كانفجارات صغيرة، وكسر الصخور السيليكاتية المصهورة إلى حبيبات مصهورة دقيقة نراها اليوم في النيازك» وذلك بوصفه باحثًا مشاركًا في هذه الدراسة من كلية الدراسات العليا لعلوم الأرض والبيئة في جامعة ناغويا. لم تستطيع نظريات تكوّن الكوندرولات السابقة تفسير خصائصها دون افتراض ظروف محددة جدًا، بينما يتطلب هذا النموذج ظروفًا طبيعية حدثت في المجموعة الشمسية المبكرة عند ولادة كوكب المشتري. وعند نمذجة تكوّن كوكب المشتري ونموه، وكيف أثّرت زيادة جاذبيته في تصادمات الكواكب الأولية، وجد الفريق أن الجدول الزمني الناتج يتوافق جيدًا مع الأعمار المستنتجة سابقًا للمجموعة الشمسية. أضاف الدكتور دييغو تورّيني بوصفه الباحث المشارك من (INAF): «قارنا خصائص الكوندرولات المحاكاة ووفرتها مع بيانات النيازك، ووجدنا أن النموذج أنتج كوندرولات واقعية تلقائيًا». يُظهر النموذج أيضًا أن تشكل الكوندرولات تزامن مع مرحلة التراكم المكثف لغاز السديم في المشتري للوصول إلى حجمه الهائل. وبما أن بيانات النيازك تشير إلى أن ذروة تكوّن الكوندرولات حدثت بعد 1.8 مليون سنة من بداية تكوّن المجموعة الشمسية، فهذا هو الزمن الذي وُلد فيه كوكب المشتري. وهذا يعني أن كوكب المشتري تكون أسبق من باقي الكواكب. ومع ذلك، ما زال أمامنا الكثير من الأسرار التي تحتاج إلى الدراسة. إذ تُوجد الكوندرولات بأحجام وأشكال وأعمار مختلفة في النيازك. يقترح الفريق أن هذه التباينات الواسعة قد تكون نتيجة تأثير الكواكب الغازية العملاقة الأخرى مثل زحل ونبتون وأورانوس على الاصطدامات التي وقعت بين الأجسام في المجموعة الشمسية. وإذا ثبتت صحة الدراسة، فقد تساعدنا هذه الطريقة الجديدة بالاقتراب من تحديد الترتيب الزمني لتشكّل الكواكب في نظامنا الشمسي.

فريق ياباني يبتكر طريقة جديدة لتحديد عمر الكواكب الغازية العملاقة

phpUIsUqP

<h1 class="ql-align-justify ql-direction-rtl">الإفلات من مبدأ هايزنبرغ (عدم اليقين)</h1> يقول مبدأ عدم اليقين لهايزنبرغ إنه لا يمكن معرفة الموضع الدقيق للجسيم وزخمه الدقيق في الوقت نفسه. لكن دراسة جديدة طرحت طريقة ذكية لتجاوز هذا المبدأ، فما القصة؟ تبيّن ميكانيكا الكم أنّ الجسيمات لا تمتلك خواصًا ثابتة كما هو الحال في الأجسام العادية، بل توجد في حالة من الاحتمالات إلى حين قياسها، وعند قياس بعض الخواص تصبح خواص أخرى غير مؤكدة. لكن باحثي هذه الدراسة برهنوا أن التركيز على مقادير مختلفة تُعرف بالمراصد المعيارية يمكّنهم من قياس موضع الجسيم وزخمه في آن واحد. قال كريستوف فالاهو بوصفه عالم فيزياء في جامعة سيدني ومؤلف رئيسي للدراسة: «لا يمكننا انتهاك مبدأ عدم اليقين لهايزنبرغ. أما ما نفعله فهو تحريك حالة عدم اليقين؛ نتخلص من بعض المعلومات التي لا نحتاج إليها، لنتمكن من قياس ما يهمنا بدقة أكبر بكثير». استخدم الفريق خدعة ذكية؛ فبدلًا من قياس الزخم والموضع مباشرة، قاسوا نُسخًا معيارية منهما. تخبرهم هذه النسخ كيف تتغير قيمة الزخم والموضع نسبيًا داخل نطاق محدد، وليس قيمتها المطلقة، ما يتيح لهم الحصول على معلومات دقيقة عن الاثنين في الوقت نفسه. يقول فالاهو: «تخيّل أنّ لديك مسطرة. إذا كنت تقيس موضع شيء ما بالطريقة العادية، فستقرأ عدد السنتيمترات، ثم عدد المليمترات الإضافية بعد ذلك. أما في القياس المعياري، فلا يهمك أي سنتيمتر أنت فيه، بل يهمك فقط كم عدد المليمترات التي تبعدها عن العلامة الأخيرة. تتخلص من الموقع الكلي وتكتفي بتتبع التغيرات الصغيرة فقط [...] هذا النوع من القياس مهم في سيناريوهات الاستشعار الكمي، لأن الهدف غالبًا هو الكشف عن التغيرات الطفيفة التي تسببها قوى أو مجالات ضعيفة. ويُستخدم الاستشعار الكمّي لالتقاط الإشارات التي تغفلها الأجهزة العادية في كثير من الأحيان. وقد يُسهم هذا المستوى من الدقة يومًا ما في جعل أدوات الملاحة وساعاتنا أكثر دقة». استخدم الفريق في المختبر أيونًا مفردًا -ذرة مشحونة محتجزة في مكانها بواسطة حقول كهرومغناطيسية- ووجّهوه باستخدام ليزرات مضبوطة نحو نمط كمّي منظم يُسمى حالة الشبكة، وهي حالة كمّية تتوزع فيها دالة الموجة -التي تصف احتمال وجود الأيون في أماكن مختلفة- على شكل سلسلة من القمم متساوية التباعد، مثل علامات المسطرة، بينما يتركز عدم اليقين في الفراغات بينها. واستخدموا هذه القمم بوصفها نقاطًا مرجعية؛ فعندما تؤثر قوة صغيرة في الأيون، يتحرك نمط الشبكة بأكمله قليلًا. يظهر الانزلاق الطفيف للقمم أفقيًا كتغير في الموضع، بينما يدل ميل نمط الشبكة على تغير الزخم. وبما أن القياس يركز فقط على التغيرات بالنسبة للقمم، يمكن قراءة كل من تغيرات الموضع والزخم في الوقت نفسه. وقد أدى دور القوة في التجربة إلى تحريك الأيون، إذ تُعرَّف القوة في الفيزياء على أنها ما يغير الزخم مع مرور الوقت ويحوّل الموضع. ومن خلال متابعة حركة نمط الشبكة، تمكن الباحثون من قياس الدفع الطفيف المؤثر في الأيون بدقة. قال فالاهو: «إن القوة التي قاسها الفريق، حوالي 10⁻²³ نيوتن، ليست الرقم القياسي العالمي [...] إذ سبق قياس قوى أصغر بحوالي مئة مرة، لكنهم استخدموا بلورات كبيرة، أي مواد صلبة ضخمة تُستخدم في تجارب معقدة وكبيرة جدًا ومكلفة. أما نحن، فمتحمسون لأننا نستطيع الحصول على حساسية عالية جدًا، أي قدرة على اكتشاف تغييرات صغيرة جدًا بدقة كبيرة، باستخدام فخ بسيط نسبيًا -جهاز لاحتجاز ذرة واحدة فقط- بتصميم أبسط مقارنة بالتجارب الأخرى، ويمكن توسيع هذه الطريقة بسهولة أكبر». أثبت الباحثون أن بالإمكان الحصول على حساسية فائقة جدًا حتى باستخدام إعدادات بسيطة جدًا، بالرغم من أن القوة المقاسة ليست الأدنى على الإطلاق. وتمتلك القدرة على كشف التغيرات الصغيرة آثارًا واسعة في مجالات العلم والتكنولوجيا. فقد تساعد المستشعرات الكمّية فائقة الدقة على تحسين الملاحة في الأماكن التي لا تصل إليها أنظمة تحديد المواقع العالمية، مثل أعماق البحار، وتحت الأرض، أو في الفضاء، وقد تعزز أيضًا تقنيات التصوير البيولوجي والطبي. قال فالاهو: «تمامًا كما أحدثت الساعات الذرية ثورة في مجالات الملاحة والاتصالات، قد تفتح للمستشعرات الكمّية فائقة الحساسية الباب أمام صناعات جديدة كليًا».

يزن عمران

الأعمال

ابتكار تقنيات جديدة قد تسهل إعادة تدوير النفايات البلاستيكية

ظاهرة كمية غامضة تُرصد في مادة فائقة التوصيل!

فريق ياباني يبتكر طريقة جديدة لتحديد عمر الكواكب الغازية العملاقة

الإفلات من مبدأ هايزنبرغ (عدم اليقين)