هناك طريقة جديدة لإنتاج ضوء فائق السطوع يتحدى القوانين التقليدية لفيزياء الجسيمات يمكن أن تحدث ثورة في التكنولوجيا.

تم إنشاء ضوء فائق السطوع، وهو شكل من أشكال “الضوء المتماسك”. الجسيمات تتحرك بشكل متزامن بل بحرية. وينتج عن هذا التزامن نبضات مكثفة وسريعة بشكل لا يصدق تعمل بمقياس الأتو ثانية – أو أجزاء من المليار من الثانية.

على الرغم من أن الآلات التي يمكنها إنتاج ضوء فائق السطوع حاليًا يبلغ طولها أميالاً، فقد طور العلماء الآن خططًا لمصدر ضوء يمكن وضعه داخل الغرفة. وقال الباحثون الذين يقفون وراء هذا التطوير إن هذا الاكتشاف يمكن أن يخلق “ثورة اجتماعية وتكنولوجية وعلمية مصغرة”. بي بي سي العلوم التركيز.

في خطوة يمكن أن تؤدي إلى تحسين الصحة العالمية والتكنولوجيا المستقبلية بشكل جذري، يمكن لآلة جديدة للضوء فائقة السطوع أن تجعل الأشعة السينية والعلاجات الإشعاعية أرخص في المستقبل وتساعد في إنشاء شرائح كمبيوتر قوية.

ووفقا للباحثين، فإنه يمكن أن ينتج ضوءا فائق السطوع يمكنه استكشاف المادة الكثيفة للنجوم والكواكب، مما يعمق فهمنا للسلوك الكوني.

كيف يتم إنتاج الضوء فائق السطوع؟

وينتج الضوء المنبعث من مصادر الضوء العادية، مثل المصابيح الكهربائية أو الشمس، ضوءًا أبيض تتحرك فيه الفوتونات بشكل مستقل. يقول المؤلفون إن هذا “الضوء غير المنتظم” يشبه “جهاز الراديو الذي تم ضبطه بشكل غير محكم، حيث نسمع في الغالب ضوضاء ثابتة”. وبالمقارنة، فإن الفوتونات المتزامنة في الضوء المتماسك تشبه “أوركسترا دقيقة الضبط”.

أطروحة نشرت في المجلة الضوئيات الطبيعيةاستخدم العلماء عمليات محاكاة حاسوبية متقدمة لقياس الخصائص الفريدة لأشباه الجسيمات التي أنشأتها مجموعات من الإلكترونات التي تتحرك بشكل متزامن. تتكون أشباه الجسيمات من مجموعة من الجزيئات التي تعمل معًا للمساعدة في معاملتها كجسيم واحد.

يُظهر هذا النوع من الجسيمات العديد من الخصائص المثيرة للاهتمام، حيث يكون قادرًا نظريًا على التحرك بأي سرعة (أسرع من سرعة الضوء) وحتى تحمل القوى القوية المحيطة بالثقب الأسود.

يقارن المؤلفون حركة أشباه الجسيمات في تجربتهم بالموجة المكسيكية: يمكن للموجة أن تنتقل حول ساحة ما بشكل أسرع من أي شخص فردي، لكن كل مشارك يبقى في المكان نفسه.

وبالمثل، لاحظ العلماء أن كل إلكترون يقوم بحركات بسيطة. لكن عندما اجتمعوا معًا، اجتمعت الحركة الجماعية لتكوين موجة مكسيكية إلكترونية يمكنها السفر بسرعة أكبر من الضوء. يشكل النظام بأكمله شبه جسيم، والذي يمكن اعتباره إلكترونًا واحدًا قادرًا على إصدار فوتونات متزامنة للغاية، وبالتالي ضوء ساطع جدًا.

تعد مصادر الضوء المتماسكة الحالية كبيرة جدًا بحيث لا يمكن استخدامها في معظم المختبرات والمستشفيات. على سبيل المثال، يبلغ طول مصدر الضوء المتماسك Linac Coherent Light Source (LCLS) في الولايات المتحدة 3 كيلومتر (1.9 ميل).

ومع ذلك، كما توضح الدراسة الجديدة، يمكن إنشاء ضوء متماسك عالي السرعة في غرفة واحدة.

يعد الاختراع الجديد جزءًا من جهد عالمي لإتاحة مصادر الضوء المكثف على نطاق واسع. مُنحت جائزة نوبل في الفيزياء مؤخرًا هذا العام مُنحت للعلماء الذين طوروا أشعة ضوئية تبلغ أتو ثانية.

ويهدف الباحثون وراء هذه الدراسة الجديدة إلى القيام بالشيء نفسه، ولكن باستخدام آلة أكثر إحكاما. ويقولون إنه سيمثل بداية التقدم التكنولوجي والعلمي واسع النطاق في جميع أنحاء العالم.

حول خبرائنا

الدكتور جورج فييرا وهو أستاذ مساعد في الفيزياء في معهد التكنولوجيا العالية وقد تم نشر أبحاثه في البرتغال (IST) سابقًا في المجلات الفيزياء الطبيعية, التواصل الطبيعيو رسائل المراجعة البدنية.

دكتور جون بالاسترو عالم أول في فيزياء البلازما في جامعة روتشستر بالولايات المتحدة الأمريكية. وقد تم بالفعل نشر أبحاثه في المجلات طبيعة, فيزياء البلازماو الفحص البدني.

الدكتور برناردو ملقا دكتوراه من IST، البرتغال. وهو المؤلف الأول لهذه الدراسة، ويتم نشر بحثه في ورقة مؤتمر تسريع الليزر للإلكترونات والبروتونات والأيونات سابعا وفي المجلة بحث في الفيزياء.

اقرأ أكثر: