المزج بين الذرات والضوء

تشير فيزياء الكم إلى أنه لا فروق كبيرة غالبًا بين الضوء والمادة. يعكف مجموعة من الباحثين في معهد قطر لبحوث البيئة والطاقة (QEERI) بدولة قطر، والمعهد الوطني لتكنولوجيا المعلومات والاتصالات (NICT) باليابان، وشركة نيبون تليجراف آند تلفون كوربوريشن (NTT) باليابان، على استكشاف ما يحدث عند الاقتران القوي بين الضوء والذرات، مما ينتج حالات غريبة ومثيرة للمادة لا تنصاع دائمًا لقوانين الفيزياء التي نعرفها.

عزّزت هذه الحالات الجديدة من فهمنا للتفاعل بين الضوء والمادة على المستوى الأساسي، ما قد يؤدي إلى تحسين الأجهزة البصرية الإلكترونية كالخلايا الشمسية.

كما قد تثبت أنظمة الضوء-المادة الجديدة أنها أدوات ثمينة لهندسة الكم، ولتطوير أجهزة الكمبيوتر فائقة القوة.

ويتكون النظام الجيد الذي يمكن استخدامه في التحقق من التفاعل بين الضوء والمادة من ذرة محصورة في تجويف صغير. وإذا توفّرت ظروف الصدى الكهرومغناطيسي المناسبة، سيحدث اقتران كمي بين الذرة والتجويف، مما يؤدي إلى انبعاث تلقائي للضوء، كما هو الحال في الليزر. إلا أنه عندما يكون الاقتران قويًّا للغاية، يتوقف الانبعاث ويتجه نحو الداخل؛ ويستمر تبادل الذرة والتجويف للحزم الكمية –أو الكمات- من الطاقة، وتتكون حالة هجينة قد يُنظَر إليها على أنها جزيء من الضوء والمادة.

كما أجرى سهل الأشهب وزملاؤه في معهد قطر لبحوث البيئة والطاقة التابع لجامعة حمد بن خليفة، فحصًا لمنظومة لم يسبق استكشافها، وهي المعروفة باسم الاقتران القوي العميق، مستخدمين ذرات اصطناعية عالية المغناطيسية تسمى كيوبتات التدفق فائقة التوصيل¹ .

وتوصل الباحثون إلى حالات هجينة في تجويف صغير داخل دائرة فائقة التوصيل.

كما حقق الباحثون قوة اقتران في الكيوبت تفيد أن جميع حالات الطاقة -بما في ذلك الحالة القاعية- للضوء والمادة في التجويف متشابكة للغاية. وقد استخدم الباحثون التحليل الطيفي للتأكد من إنتاج هذا النظام الهجين لعدد من التحولات غير التقليدية.

في هذا الصدد قال الأشهب: "يتناقش العلماء منذ أكثر من أربعين عامًا حول ما إذا كان من الممكن تحقيق الظروف القصوى اللازمة لإثبات هذه الحالات غير التقليدية"، مضيفًا: "كان من المثير للغاية أن نشهد تطابق نتائج قياساتنا مع التوقعات النظرية".

اشترك للحصول على النشرة الإلكترونية المحدّثة كل أسبوعين لكي تبقى على اطلاع بكافة المستجدات على الموقع.