كتب – رامز يوسف:
ابتكر فيزيائيون نوعًا جديدًا من بلورات الزمن، قد يُسهم في تأكيد بعض النظريات الأساسية حول التفاعلات الكمومية.
بلورة الزمن القياسية هي طور جديد من المادة يتميز بالحركة الدائمة دون استهلاك طاقة. ووفقًا لتشونج زو، أستاذ الفيزياء المساعد في جامعة واشنطن في سانت لويس وأحد الباحثين الرئيسيين في الفريق، فإن بلورة الزمن تُشبه البلورة التقليدية.
لكن، على عكس البلورة التقليدية التي تُكرر نمطًا عبر البعد الفيزيائي للمكان، تُكرر بلورة الزمن نمطًا من الحركة، مُعيدةً ترتيب ذراتها بنفس الطريقة بمرور الوقت، كما أوضح زو. وهذا يُسبب اهتزاز بلورة الزمن بتردد مُحدد.
تتمتع بلورة الزمن، من الناحية النظرية، بالقدرة على الدوران عبر نفس النمط إلى ما لا نهاية دون الحاجة إلى أي طاقة إضافية – مثل الساعة التي لا تحتاج إلى إعادة لف. ومع ذلك، فإن الواقع هو أن بلورات الزمن هشة للغاية، وبالتالي تستسلم بسهولة للضغوط البيئية.
على الرغم من وجود بلورات الزمن منذ عام ٢٠١٦، فإن فريقًا كيميائيًا حقق إنجازًا غير مسبوق: فقد ابتكروا نوعًا جديدًا من بلورات الزمن يُسمى شبه البلورة الزمنية. شبه البلورة هي مادة صلبة، مثل البلورة العادية، لها ذرات مرتبة بطريقة محددة وغير عشوائية، ولكن دون نمط متكرر.
هذا يعني أنه على عكس بلورة الزمن القياسية التي تكرر النمط نفسه مرارًا وتكرارًا، فإن شبه البلورة الزمنية لا تكرر أبدًا طريقة ترتيب ذراتها. ولأنه لا يوجد تكرار، تهتز البلورة بترددات مختلفة. وكما ذكر الباحثون في نتائجهم المنشورة في مجلة Physical Review X، فإن شبه البلورات الزمنية “مرتبة ولكنها على ما يبدو ليست دورية”.
بدأ الباحثون بقطعة ألماس بحجم مليمتر. ثم خلقوا فراغات داخل بنية الماسة عن طريق قصفها بحزم قوية من النيتروجين. حل النيتروجين محل ذرات الكربون داخل الماسة، تاركًا وراءه حجرات ذرية فارغة.
تكره الطبيعة الفراغ، لذا تدفقت الإلكترونات بسرعة إلى هذه الفراغات وبدأت بالتفاعل مع الجسيمات المجاورة على المستوى الكمي. تمثل كل بلورة شبه زمنية شبكة تضم أكثر من مليون من هذه الفراغات داخل الماسة، على الرغم من أن حجم كل منها لا يتجاوز ميكرومترًا واحدًا (جزء من مليون من المتر).
صرح بينجتيان يي، الباحث في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا والمؤلف المشارك في البحث، في بيان: “استخدمنا نبضات الموجات الميكروية لبدء الإيقاعات في شبه البلورات الزمنية. تساعد الموجات الميكروية في خلق النظام الزمني”.
التطبيقات المحتملة
وفقًا لزو، فإن إحدى أهم نتائج بحث الفريق هي تأكيده لبعض النظريات الأساسية في ميكانيكا الكم. ومع ذلك، قد يكون لأشباه البلورات الزمنية تطبيقات عملية في مجالات مثل ضبط الوقت بدقة، والحوسبة الكمية، وتكنولوجيا الاستشعار الكمومي.
بالنسبة للمستشعرات، تُعدّ هشاشة البلورة وحساسيتها ميزةً كبيرة؛ فبسبب حساسيتها الشديدة للعوامل البيئية كالمغناطيسية، يُمكن استخدامها لإنشاء مستشعرات دقيقة للغاية.
في الحوسبة الكمومية، تُعدّ قدرة المادة على الحركة الدائمة أمرًا بالغ الأهمية.
قال زو: “يمكن تخزين ذاكرة كمومية لفترات زمنية طويلة، تمامًا مثل ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) الكمومية”. وأضاف: “ما زلنا بعيدين كل البعد عن هذا النوع من التكنولوجيا، لكن إنشاء شبه بلورة زمنية يُعدّ خطوة أولى حاسمة”.
المصدر: Live Science
اقرأ أيضا:
