القول بأن عام 2020 كان عامًا صعبًا هو انتقاص، كان على العلم أن يكافح للاستمرار في هذا العالم، رغم وجود الكثير من الصعاب وُجد العديد من التطورات والإنجازات في مختلف المجالات. في الفيزياء، نرى أن هذه أفضل خمس اختراعات ظهرت العام الماضي:
1- تحقيق أفضل موصلية فائقة في درجة حرارة الغرفة
تسمح الموصلية الفائقة بسير التيار الكهربائي دون أي مقاومة، إضافةً إلى إنشاء بعض التأثيرات الكمية باستخدام الحقول المغناطيسية، مثل رفع الأجسام. ليست كل مادة فائقة الموصلية، تلك المواد تحتاج إلى التبريد لدرجة أقل من الصفر. كان الحصول على مواد فائقة الموصلية في درجة حرارة الغرفة حلمًا طال انتظاره.
لكن أخيرًا حصلنا على تلك المواد فائقة الموصلية عند درجة 15 مئوية، تعمل فقط عند الضغوط العالية، إذ يجب أن تبقى تحت ضغط يعادل 2.5 مليون ضعف الضغط الجوي عند مستوى سطح البحر. لا يمكن تحقيق ذلك إلا عبر الضغط عليه بين ماستين. مثير جدًا، لكنها ليست بالضبط المادة الرائعة التي ستغير حياتنا.
2- التقاط اندماج الذرات الفردية للمرة الأولى
كان هذا العام أيضًا عامًا رائعًا لدراسة الذرات من قُرب. إذ تمكن الباحثون من اكتشاف كيفية تشكل جزيء واحد للمرة الأولى. وضع الفريق ثلاث ذرات من الروبيديوم في حجرة مفرغة دون ذرات أخرى، في درجة حرارة فوق الصفر المطلق بقليل.
وجدوا أن الذرات استغرقت وقتًا أطول من المتوقع، ربما يرجع ذلك إلى عزل الذرات. قد تحدث ردود الفعل عندما ترتد الكثير من الذرات، لكن قد يكون ذلك أيضًا بسبب إعداد النظام، ولا يزال الفريق يحقق في فهم تكوين الجزيئات بصورة أفضل.
3- قياس المدة التي تستغرقها الذرة إلى النفق الكمي
إذا كانت قوانين ميكانيكا الكم تعمل بالتساوي على المستوى المجهري، فعندئذ إذا صدمنا جدارًا بقوة كبيرة بما يكفي، سنقدر على المرور عبره. لكن من فضلك لا تجرب هذا في المنزل، فأنت لست إلكترونًا.
تُعرف هذه الظاهرة الغريبة باسم نفق الكم. ضع جسيمًا في صندوق، يُحتمل أن يهرب ببساطة من طريق المرور عبر الجوانب. توصل علماء الفيزياء إلى المدة التي تستغرقها الذرات للوصول إلى النفق الكمي، إذ رصد الفريق ذرات الروبيديوم تعبر حاجزًا ضوئيًا بثخانة 1.3 ميكرومتر في 0.6 مللي ثانية.
قال المؤلف الأستاذ أبرايم شتاينبرغ: «نعرف عن الأنفاق منذ نحو قرن من الزمان، ونستخدمها في بعض أسرع الأجهزة الإلكترونية، ومقاييس المغناطيسية عالية الدقة، والكيوبتات فائقة الموصلية. من المؤسف مرور الكثير من الوقت دون أن نفهم كم تستغرق هذه العملية. إن معرفة ذلك قد تساعدنا على فهم العديد من العمليات الأخرى ذات الصلة، إذ قد ينتهي النظام إلى أكثر من حالة واحدة، وهذا موجود في نظرية الكم».
4- أول تشابك كمي للأجسام البعيدة، كبير بما يكفي لرصده
يُعد التشابك من أروع خصائص ميكانيكا الكم. تصبح الجسيمات الفردية جزءًا من حالة واحدة، حتى أن الجزء البعيد منها يستجيب فورًا للتغيرات. يصعب الحفاظ على التشابك، وقد اقتصر في الغالب على حفنة من الجسيمات.
لكن للمرة الأولى، تمكن العلماء من إنشاء تشابك كمي مع نظام كبير بما يكفي لرصده دون مجهر. يُعد هذا تقدمًا كبيرًا في قدرتنا على معالجة الخصائص الكمّية للأنظمة.
5- رصد تقلبات الكم الصغيرة تُحرك مرآة بحجم الإنسان
تتعلق الفيزياء بالدقة والقياسات عالية الجودة، ومن المذهل حقًا أن نرى ما تستطيع البشرية فعله. يأتي القياس المذهل من ليجو، مرصد موجات الجاذبية.
لمعرفة تلك التغيرات الصغيرة في موجات الجاذبية التي أُنشئت في الزمكان، يتطلب النظام دقة لا تُصدق، إذ يُستخدم الليزر والمرايا لاكتشاف هذه الاختلافات الصغيرة، لكن توجد تأثيرات أخرى يجب أخذها في الحسبان، وتشمل التأثيرات الكمّية.
قاس الباحثون تلك التقلبات الكمية، إذ تتأثر مرآة يبلغ وزنها 40 كيلوغرامًا باستمرار بهذه التقلبات، بمقدار مليار مرة أصغر من إبهامك. قد يساعد هذا على تحسين أجهزة كشف الموجات الثقالية لدينا، ويوضح أيضًا المدى الذي تستطيع قياساتنا الدقيقة بلوغه.
اقرأ أيضًا:
علماء الفيزياء يكتشفون ما يسمى «ملوك وملكات الحالة الكمومية»
تجربة جديدة في فيزياء الكم قد تغير رؤيتنا للعالم الواقعي
ترجمة: فادي جبارة
تدقيق: تسبيح علي
مراجعة: أكرم محيي الدين
