أثبت العلماء في السابق إمكانية إبطاء سرعة الضوء في بعض الحالات المحددة، وتوضح دراسة جديدة طريقة جديدة لتحقيق هذا الهدف، ومن المتوقع أن تكون هذه الطريقة واحدة من أكثر الأساليب فاعلية حتى الآن.
يقول الباحثون من جامعة غوانغشي Guangxi ، والأكاديمية الصينية للعلوم في الصين، الذين يقفون وراء هذا الإنجاز، إن طريقتهم يمكن أن تساهم في تطوير مجالات الحوسبة والاتصالات البصرية.
يتحرك الضوء عبر الفراغ بسرعة واحدة ثابتة 299792 كيلومترًا في الثانية، ومع ذلك، وإذا وُضِعَت مجموعة من المجالات الكهرومغناطيسية في مساره -مثل تلك المحيطة بالمادة العادية- فإن تلك السرعة الاستثنائية تبدأ في التباطؤ.
تعمل معظم المواد الشفافة على إبطاء الضوء بنسبة ضئيلة. إن التغيرات في السرعة تتسبب في انحناء الضوء في أثناء انتقاله من وسط إلى آخر، لكن وضع المكابح يتطلب مواد خاصة مثل البلورات الضوئية أو حتى الغازات الكمومية شديدة البرودة.
قال الباحثون: «نعتقد أن عملنا يفتح آفاقًا جديدة تمامًا لتحقيق تفاعلات قوية بين الضوء والمادة في الرقائق الضوئية النانوية».
تعتمد الطريقة الجديدة على ما يعرف بالشفافية المستحثة الكهرومغناطيسية (EIT)، التي تستخدم قدرًا محددًا من الليزر لمعالجة الإلكترونات داخل غاز مخزن في الفراغ، ما يحوله من معتم إلى شفاف. وهذا يعني أن ضوء الليزر يمكن أن يمر عبره، ولكن بسبب تلاعبنا به، فإنه يتباطأ أيضًا، وهذا ما يجعل الأمور مثيرة للاهتمام للغاية بالنسبة للفيزيائيين، ولكن هذا النهج يعني أيضًا فقدان الكثير من الضوء والطاقة على طول الطريق.
لتقليل الطاقة الضائعة وتحسين كفاءة كامل النظام ، اعتمد الباحثون على بعض مبادئ EIT في التحكم في الضوء وصمموا مادةً جديدةً لإبطاء الضوء. المادة عبارة عن نوع من الأسطح الفائقة، وهي بنية اصطناعية ثنائية الأبعاد لها خصائص لا مثيل لها في الطبيعة.
كانت الأسطح الخارقة التي صممها الفريق مصنوعة من طبقات رقيقة جدًا من السيليكون -تشبه رقائق الحوسبة اليوم- وتبين أنها أفضل بكثير من الخيارات الأخرى الموجودة في الطريقة التي تحتفظ وتطلق بها الطاقة، في هذه الحالة، طاقة الضوء.
بناءً على النتائج التي حصل عليها الباحثون، يمكن إبطاء الضوء بأكثر من 10000 ضعف في هذا النظام. وفي الوقت نفسه، يتم تقليل الضوء الضائع أقل خمس مرات مقارنة بالطرق المماثلة الأخرى.
إن مفتاح النهج الجديد يكمن في طريقة ترتيب أصغر وحدات البناء في السطح الفائق -المعروفة باسم الذرات الفوقية- بشكل يسمح لها بالاندماج معًا بسهولة، ما يؤثر على كيفية تفاعلها مع الضوء في أثناء مروره من خلالها.
إنها ليست الطريقة الوحيدة التي اكتشفها العلماء لإبطاء الضوء أكثر حتى، بما يتجاوز التباطؤ الطبيعي الذي يحدث في مواد مثل الماء، ولكن فاعليتها وقابلية التوسع بها تجعلها خيارًا واعدًا لمزيد من الدراسة
كتب الباحثون: «مع هذه النتائج، تفتح دراستنا طريقًا جديدًا للتحكم بتدفق الضوء في الأسطح الفائقة».
اقرأ أيضًا:
نوع غريب من الضوء يحيط بالنظام الشمسي، ولا أحد يعلم السبب!
لماذا يتغير الزمن عند السفر بسرعة قريبة من سرعة الضوء؟
ترجمة: يوسف الشيخ
تدقيق: بسامً موسى
