هل تخيلت لمرة أن تلمس الضوء؟ اكتشاف تاريخي: تجميد الضوء وتحويله إلى مادة سائلة وصلبة!

روافدنيوز/ متابعة

اكتشاف تاريخي: تجميد الضوء وتحويله إلى مادة سائلة وصلبة

في تقدم علمي غير مسبوق، تمكن العلماء من إجراء اكتشاف ثوري في مجال الفيزياء، حيث نجحوا للمرة الأولى في التاريخ بتجميد الضوء وتحويله إلى نوع جديد من المادة يُعرف بـ”السائل الصلب” أو المادة فائقة الصلابة (Supersolid)، وهي حالة مادية غريبة تجمع بين خصائص المواد الصلبة والسوائل في آن واحد. وهذا الاكتشاف، الذي تم الإعلان عنه في بحث علمي حديث نُشر في مجلة “ساينس” العالمية في الخامس من مارس 2025، قد يغير تمامًا فهمنا للكون.

 الضوء والمادة: كيف يمكن للضوء أن يتجمد؟

الضوء، الذي يعتبر أحد أشكال الطاقة غير المادية، كان يُعتقد حتى وقت قريب أنه لا يمكن أن يتجمد أو يتحول إلى مادة. ومع ذلك، تمكن العلماء من إجراء تجربة غير مسبوقة حول كيفية تحويل الضوء إلى حالة مادية جديدة. ما حدث هو أن الضوء، الذي يتكون من الفوتونات (أو الجسيمات الضوئية)، تم ربطه بطريقة معقدة بمادة أخرى، مما أتاح له أن يتخذ شكل مادة لها خصائص مادية مدهشة.

السائل الصلب: ما هو؟

يعد “السائل الصلب” أو المادة فائقة الصلابة (Supersolid) حالة مادية تجمع بين خصائص متناقضة. هذه المادة تتسم بترتيب ذراتها كما في المواد الصلبة، ولكنها في الوقت ذاته تتحرك وتندفع مثل السوائل، مع عدم وجود أي احتكاك. وهو ما يعني أن هذه المادة يمكن أن تتدفق دون أن تترك أي آثار أو بصمات خلفها، مما يجعلها تشبه في سلوكها السائل تمامًا، لكنها تحتفظ بخصائص المواد الصلبة.

السائل الصلب يمتلك خصائص فريدة، حيث يكون خاليًا من اللزوجة، وهي خاصية الاحتكاك الداخلي الذي يمنع السوائل من التدفق بحرية. في الحالة الطبيعية، السوائل تتسم بلزوجة معينة؛ فعند سكب الماء، على سبيل المثال، تظل بعض القطرات معلقة على الجدران الداخلية للإناء. لكن المواد فائقة الصلابة تتحرك بدون أن تترك أي أثر.

كيف يتم تكوين المادة فائقة الصلابة؟

من أجل إنشاء مادة فائقة الصلابة، يحتاج العلماء إلى تبريد المادة إلى درجات حرارة منخفضة للغاية، تقارب الصفر المطلق (-273 درجة مئوية). في هذه الحالة، تتوقف حركة الذرات داخل المادة، مما يسمح بتطبيق قوانين ميكانيكا الكم، والتي تؤدي إلى ظهور تأثيرات غير معتادة. وفي هذه الظروف، يمكن للمواد أن تتحول إلى حالة مادية غريبة، تشبه الزئبق في بعض خصائصه، حيث تكون صلبة وسائلة في نفس الوقت.

الضوء يتحول إلى مادة!

في خطوة غير مسبوقة، تمكن العلماء من استخدام الضوء نفسه كمكون أساسي لتكوين المادة فائقة الصلابة. حيث قاموا باستخدام شعاع ليزر مركز على مادة “زرنيخيد الجاليوم” (وهي مركب مكون من الغاليوم والزرنيخ). عند تفاعل الضوء مع الإلكترونات في هذه المادة، تم تشكيل جسيمات هجينة تُسمى “البولاريتونات”، وهي جسيمات نصف ضوء ونصف مادة، تُعتبر نوعًا من “الأشباه الجسيمات” (Quasi-Particles).

كيف يعمل هذا الاكتشاف؟

البولاريتونات، التي تُعد نتاج تفاعل معقد بين الضوء والمادة، تتصرف كما لو أنها كائنات مستقلة، رغم أنها ليست جسيمات حقيقية. هذا السلوك الغريب يسمح لهذه الجسيمات بأن تتحرك بطريقة مشابهة للسوائل، ولكن دون أي احتكاك أو لزوجة. وباستخدام تقنيات دقيقة، تمكن العلماء من توجيه البولاريتونات وتحويلها إلى مادة فائقة الصلابة، وبالتالي إنشاء سائل صلب مكون جزئيًا من الضوء.

الأهمية والتطبيقات المستقبلية

يعد هذا الاكتشاف نقطة تحول هائلة في فهمنا لكيفية تفاعل الضوء مع المادة، وقد يفتح آفاقًا جديدة في العديد من المجالات العلمية والتقنية. من بين التطبيقات المحتملة:

الكمبيوترات الكمومية: يمكن استخدام هذه المواد فائقة الصلابة في تطوير كمبيوترات كمومية أكثر كفاءة وسرعة من الأنواع الحالية.

الموصلات الفائقة: سيكون بإمكان هذه المواد المساعدة في تصميم موصلات فائقة يمكنها نقل الكهرباء بكفاءة عالية، دون فقدان للطاقة.

صناعة المواد الخاصة: يمكن استخدام هذه المواد في صناعة مواد تشحيم تعمل بدون احتكاك، مما قد يكون له تأثير كبير في تحسين أداء الآلات والمركبات.

إن اكتشاف تحويل الضوء إلى مادة سائلة وصلبة في آن واحد يمثل قفزة هائلة في فهمنا للطبيعة والعالم من حولنا. إنه يتحدى حدود العلم التقليدي ويفتح لنا أبوابًا جديدة لفهم تفاعل الطاقة والمادة. ومع استمرار الأبحاث في هذا المجال، لا بد أن نشهد ثورات علمية قد تغير مجرى تاريخنا التكنولوجي في العقود القادمة./انتهى