اكتشف فريق من الفيزيائيين من جامعة باريس ساكلاي في فرنسا ترتيبًا غير عادي يسمى “البلورة شبه المنتظمة” تظهر طبيعيًا في مادة حبيبية على مقياس مليمتري لأول مرة. سُجلت مقاطع فيديو لآلاف الكرات المعدنية الصغيرة وهي ترتجف في صينية ضحلة، وكشفت هذه المقاطع تكوين الجسيمات الذي كان يُعد في السابق مستحيلاً.
إذا كان الجمال متعلقًا بالترتيب، فإن البلورات هي تجسيد حقيقي للأناقة والجاذبية. أما البلورات شبه المنتظمة، فقد نفا العلماء وجودها فترةً طويلة.
في أوائل الثمانينيات من القرن الماضي، كشف تحليل سبيكة من الألومنيوم والمنجنيز عن علامات واضحة لمادة مرتبة تفتقر إلى النماذج المتكررة اللانهائية للبلور.
كانت عبارة عن “شبه-بلورة”، مادة تكسر قواعد التناظر التي يُظن أنها تحد من الترتيب الذي تتجمد فيه الذرات في البلورات أو الفوضى المتشابكة.
منذ ذلك الحين، ظهرت بلورات شبه منتظمة في مجموعة متنوعة من الأماكن.
مع أنها ليست شائعة بعد، فإنها تشكل بنية ليست مستحيلة كما ظن الفيزيائيون سابقًا، وتنشأ تلقائيًا من الجسيمات على مجموعة متنوعة من المقاييس، بما في ذلك بين الأشياء التي يمكن إعادة ترتيبها بسهولة بواسطة الاهتزاز.
يطرح هذا بعض الأسئلة المثيرة حول حدود حجم الجسيمات والظروف التي يمكن فيها المواد المناسبة أن تتجمع ذاتيًا في نمط بلورة شبه منتظمة.
بدءًا من المحاكاة الحاسوبية، حدد الباحثون علاقةً بين أحجام الكرات ونسبة الجسيمات الصغيرة إلى الكبيرة، ما يشير إلى أن الخليط قد يتجاوز ترتيبات تعكس تناظر بلورة شبه منتظمة على مستوى متطلبات بعيدة المدى.
استُخدم هذا أساس تجربة فيها 3840 كرة غير مغناطيسية من الفولاذ بقطرين مختلفين، حيث أحدهما أقل بقليل من 2.4 ملم، والنصف الآخر بهذا الحجم، في حاوية ضحلة.
ضبط التردد للارتجاج بمعدل 120 مرةً في الثانية، ولم يكن هناك الكثير مما يمكن فعله سوى تصوير الاهتزاز باستخدام نظام يرسم ترتيب الجسيمات ثنائي الأبعاد.
بعد أسبوع من الاهتزاز، حصل الباحثون على قياس جيد لمظهر التكوينات الصغيرة والمحدودة المناطقية للكرات المعدنية الصغيرة والكبيرة، والطرق التي تكررت فيها هذه “البلاطات” مع مرور الوقت وعبر الحاوية.
يبدو أن هناك صورة مثيرة للاهتمام تتضح، مثلما يشير الباحثون في تقريرهم الذي يُنشر حاليًا على أرشيف arXiv.com في انتظار استعراض التقييم النظير.
يقول الباحثون: «تتشكل البلاطات ذات الأشكال المرغوبة بسرعة كبيرة، ربما نتيجةً لتعبئتها المحلية الفعالة. ومع ذلك، يتطلب توازن الجسيمات الكلي ترتيبات مشتركة أكثر تغييرًا يبدو أنها حالات نادرة».
اكتشاف تشكل بلورات شبه منتظمة بالطرق ذاتها في الأنظمة ذات المقياس الصغير على مستوى الذرات وأنظمة أكثر حبيبية على مقياس مليمتري شيء لم يتوقعه الفريق. في الواقع، وفقًا لكبير الباحثين في الدراسة، الفيزيائي النظري جوزيبي فوفي، بدأت التجربة على أنها نوع من الرهان.
صرح فوفي لمجلة نيو ساينتست: «نشأ هذا بصفته رهانًا مع زميل قال إنه لن يعمل، لكنني قلت لماذا لا نجرب، قد يكون أمرًا مثيرًا للاهتمام».
مع تناغمها غير المألوف والأنماط الفريدة على مسافات طويلة، قد يكون لترتيب الجسيمات في شكل البلورات شبه المنتظمة مجموعة متنوعة من التطبيقات في العزل والإلكترونيات. قد لا تجتمع فيها جميع مظاهر الكمال التي تتمتع بها البلورات، ولكن لشبه البلورات سحر خاص.
اقرأ أيضًا:
فيزيائيون يفسرون ظاهرة غريبة تتجمد فيها الجسيمات عند تسخينها
علماء يعتقدون بوجود نوع جديد من الجسيمات “الغريبة”
ترجمة :حمداش رانية
تدقيق: باسل حميدي
