العلماء يلتقطون لأول مرة صوراً للضوء وهو يخترق حاجز الضوء

استطاع باحثون، ولأول مرة، تصوير الضوء وهو يصنع “ما يشبه دوي اختراق حاجز الصوت” الذي عُرف فيما بعد رسمياً بـ “مخروط ماخ الفوتوني”، عبر استخدام نوع جديد من الكاميرات فائقة السرعة، التي يمكنها، بشكل لا يصدق، التقاط ترليونات من الإطارات (الصور) في الثانية الواحدة للقطة الواحدة.

ينشأ مخروط ماخ أثناء سفر شيء ما بسرعة أكبر من سرعة الموجات التي تنبعث منه، يحدث هذا غالباً حينما تتعدى سرعة الطائرات سرعة الصوت، ما ينتج عنها دويا فائق الصوت. والذي لا يعرفه العديد من الناس؛ هو أن الضوء يمكنه فعلها أيضاً.

والسؤال هنا هو: كيف يمكنك بالضبط صُنع “الدوي الفوتوني”؟

تتبدى استطاعة الضوء أن يصنع مخروط ماخ أمرا مضحكا للوهلة الأولى، إذ لا شيء يستطيع السفر بسرعة أكبر من سرعة الضوء في الفراغ، حيث تبلغ سرعته 300,000 كم/ث، ولكن، يمكن للضوء أن يبطئ من سرعته، كما يمكنه أن يسافر أسرع خلال بعض المواد دون الأخرى، الأمر الذي سمح للفريق بصُنع مخروط ماخ الفوتوني.

قام فريق من الباحثين تحت قيادة مهندس البصريات “جنيانج ليانج” من جامعة واشنطن، بصُنع أنبوب بين سطحين من السيليكون المطاطي ومسحوق أكسيد الألمونيوم، ثم قاموا بملء الفجوة بضباب الجليد الجاف، وأطلقوا بعد ذلك نبضة ليزرية زمنها 7 بيكو ثانية، انتشرت خلال الجسيمات المعلقة، مما جعل سرعة الضوء بالقرب من الجدران أقل من سرعته داخل الأنبوب خلال الضباب، فأنتج مخروط ماخ الفوتوني الذي يمكنك رؤيته بالأسفل:

استخدمت العديد من التقنيات الأخرى في التقاط صور لمخروط ماخ، إلا أنها المرة الأولى التي يتم فيها تصوير لحظة واحدة مباشرة، وحتى يتمكنوا من ذلك كان عليهم صُنع نوع جديد من الكاميرات فائقة السرعة.

إن الأفلام المصورة عالية السرعة ليست جديدة لتلك الدرجة، ففي عام 2011، طوَّر معهد ماسوشيستس للتكنولوجيا، كاميرا يمكنها التقاط نبضة ضوئية تأخذ طريقها خلال زجاجة بلاستيكية. وقد استخدموا لأجل ذلك تكنولوجيا تُدعى “الكاميرا الشعاعية الدقيقة” والتي يمكنها رصد الصورة بطريقة ما، بحيث تمكنها من تحويل التسلسل الزمني إلى معلومات مكانية.

قام الفريق بتصوير 500 صورة تم التقاطها في جزء من تريليون جزء من الثانية، والتي بينت انتشار الضوء طولياً خلال الزجاجة، ولنجاح هذه العملية كان لزاما أن يُلتقط المشهد مرة تلو الأخرى حتى يتم الحصول على المعلومات الكافية، وهذا الأمر تحديدا، غير مفيد تماماً في حالة التقاط صور لأحداث لا تتكرر عادة.

استطاع “ليانج” وفريقه أن يجدوا طريقة ليلتقطوا بها تلك الصور، باستخدام “الكاميرا الشعاعية الدقيقة”، إذ استطاعوا التقاط ثلاثة مشاهد لنفس الحدث، واحد منهم يلتقط تسلسل الصور، والمشهدين الباقيين سجلوا توقيت كل لقطة، هذه الطريقة سمحت بترتيب الصور ترتيباً صحيحاً.

فرض اختبار كفاءة هذه الفكرة، القيام بتصوير “اختراق الفوتونات لسرعة الضوء” لأول مرة، والفائدة الحقيقية لمثل هذه التقنية يمكن أن نجدها في المجال الطبي.

يشرح “ليانج” لـ (Live Science):«يمكن للكاميرا التي صنعناها مراقبة حريق الخلايا العصبية وتصوير حركة المرور داخل المخ، نأمل أن نتمكن من استخدام الكاميرا في دراسة الشبكات العصبية لنفهم كيف يعمل المخ».

ترجمة: محمد خالد عبدالرحمن
تدقيق: المهدي أيت بعراب
المصدر