يستخدم العلماء البلورات الضوئية لإنتاج “الجاذبية الكاذبة”.

وباستخدام بلورات فوتونية مشوهة، تلاعبوا بالضوء كما لو كان يتأثر بالجاذبية، مما فتح الطريق أمام التقدم في مجال البصريات واتصالات الجيل السادس.

التلاعب بسلوك الضوء بالجاذبية الكاذبة

قام فريق تعاوني من الباحثين بالتلاعب بسلوك الضوء كما لو كان تحت تأثير الجاذبية. النتائج التي نشرت في المجلة الفحص البدني أ في 28 سبتمبر 2023، أحدثت علوم البصريات والمواد تأثيرات بعيدة المدى على العالم، وهي ضرورية لتطوير اتصالات الجيل السادس.

صورة مفاهيمية لبلورة فوتونية مشوهة وبلورة فوتونية. الائتمان: K. كيتامورا وآخرون.

نظرية أينشتاين والجاذبية الزائفة

لقد أثبتت نظرية ألبرت أينشتاين النسبية منذ فترة طويلة أن مسار الموجات الكهرومغناطيسية – بما في ذلك الضوء وموجات تيراهيرتز الكهرومغناطيسية – يمكن أن ينحرف بواسطة مجالات الجاذبية. لقد افترض العلماء مؤخرًا أنه سيكون من الممكن محاكاة تأثيرات الجاذبية – أي الجاذبية الزائفة – عن طريق تشويه البلورات في منطقة الطاقة (أو التردد) المنخفضة.

وقال كيوكو كيتامورا، الأستاذ في كلية الدراسات العليا للهندسة بجامعة توهوكو: “لقد شرعنا في التحقيق فيما إذا كان تشويه الشبكة في البلورات الضوئية يمكن أن يسبب تأثيرات جاذبية كاذبة”.

نتائج الإعداد والمحاكاة التجريبية لمسار الحزمة في DPC. الائتمان: © ك. كيتامورا وآخرون.

دور البلورات الضوئية

تتمتع البلورات الضوئية بخصائص فريدة تمكن العلماء من التحكم في سلوك الضوء والتحكم فيه، حيث تعمل بمثابة “وحدات تحكم في حركة المرور” للضوء داخل البلورة. يتم إنشاؤها عن طريق ترتيب مادتين مختلفتين أو أكثر بشكل دوري للتفاعل مع الضوء ذو الإمكانات المختلفة وإبطاء الضوء بنمط منتظم ومتكرر. كما لوحظت تأثيرات الجاذبية الكاذبة بسبب التحولات الأديباتية في البلورات الضوئية.

قام كيتامورا وزملاؤه بتعديل البلورات الضوئية عن طريق إدخال التشوه الشبكي: وهو تشويه تدريجي للمسافات المنتظمة بين العناصر، مما أدى إلى تعطيل النمط الشبيه بالشبكة للبلورات البروتونية. لقد تلاعبت ببنية الشريط الضوئي للبلورات، مما أدى إلى مسار شعاع منحني عبر الوسط – مثل شعاع الضوء الذي يعبر جرمًا سماويًا ضخمًا. الثقب الأسود.

تظهر نتائج الاختبار بوضوح أن اختلاف الإرسال بين المنفذ B وC يسبب انحناء الحزمة في DPC. الائتمان: K. كيتامورا وآخرون.

التفاصيل التجريبية والآثار المترتبة عليها

على وجه التحديد، في تجربتهم، استخدم العلماء بلورة فوتونية مشوهة من السيليكون مع ثابت شبكي أولي يبلغ 200 ميكرومتر وموجات تيراهيرتز. وقد أثبتت التجارب بنجاح انحراف هذه الموجات.

يقول كيتامورا: “لقد اكتشفنا آلية لثني الضوء داخل مواد معينة، تمامًا كما تعمل الجاذبية على ثني مسار المادة”. وقال البروفيسور المساعد في جامعة أوساكا ماسايوكي فوجيتا: “يمكن استخدام توجيه الشعاع داخل الطائرة في نطاق تيراهيرتز في اتصالات الجيل السادس. ومن الناحية الأكاديمية، تظهر النتائج أن البلورات الضوئية يمكنها استغلال تأثيرات الجاذبية وفتح مسارات جديدة في مجال فيزياء الجاذبية”.

المرجع: كانجي نانجيو، يوكي كاواموتو، هيتوشي كيتاجاوا، دانييل هيدلاند، ماسايوكي فوجيتا، وكيوكو كيتامورا، 28 سبتمبر 2023، “انحراف الموجات الكهرومغناطيسية عن طريق الجاذبية الزائفة في البلورات الضوئية المبثوقة” الفحص البدني أ.
دوى: 10.1103/PhysRevA.108.033522