Dubai Telegraph - علماء صينيون يسجلون رقماً قياسياً في تبريد الذرات على متن محطة تيانغونغ

حقق باحثون صينيون إنجازاً علمياً بارزاً في مجال الفيزياء، من خلال تسجيل أدنى درجة حرارة تم الوصول إليها في مثل هذه التجارب على الإطلاق. فقد نجح الفريق العلمي في تبريد سحابة مكونة من نحو 20 ألف ذرة من عنصر الروبيديوم إلى مستوى يبلغ 9.7 بيكو كلفن فوق الصفر المطلق، وذلك باستخدام محطة الفضاء الصينية «تيانغونغ» كمختبر عائم.

ونُشرت نتائج هذا البحث في مجلة «ساينس»، بمشاركة فريق عمل ضم باحثين من جامعة بكين والأكاديمية الصينية للعلوم. ويعتبر الرقم المسجل، الذي يعادل 9.7 تريليونات جزء من الدرجة فوق الصفر المطلق، تحدياً تقنياً يصعب تحقيقه على سطح الأرض بسبب تأثيرات الجاذبية.

ولا تشير هذه النتيجة إلى أن المحطة الفضائية أو معداتها وصلت إلى درجات حرارة متجمدة بهذا الشكل، بل إنها تخص السحابة الصغيرة من الذرات التي تم إعدادها وتبريدها داخل جهاز بحثي متخصص. وقد حُسبت درجة الحرارة المكافئة بناءً على حركة الذرات ومعدل تمددها بعد إطلاقها من المصيدة التي كانت تحتجزها، بدلاً من الاعتماد على قراءة تقليدية لمقياس حرارة.

واستخدم الباحثون تقنية تعرف باسم «المصيدة ثنائية القطب الضوئية»، حيث استعانوا بأشعة الليزر للتحكم في حركة الذرات وخفض طاقتها تدريجياً. وقد بدأت التجربة بتبريد الذرات إلى نحو 6 نانوكلفن، قبل السماح لها بالتمدد لمدة تصل إلى 7 ثوانٍ، وهو ما أتاح للعلماء متابعة حركتها واحتساب درجة الحرارة النهائية بدقة.

وتكمن الأهمية الكبرى لإجراء هذه التجربة في الفضاء في التغلب على عائق الجاذبية الأرضية. فعندما تصبح الذرات باردة للغاية، يصعب إبقاؤها مستقرة داخل المصائد المستخدمة للتحكم فيها، لأن الجاذبية تؤثر في توزيعها وتحد من الوقت المتاح لمراقبة سلوكها. أما في بيئة الجاذبية الصغرى للمدار الأرضي المنخفض، فتتيح للعلماء استخدام مصائد أضعف والاحتفاظ بالذرات ومراقبة تمددها لفترات أطول بكثير.

وتتجاوز النتيجة الصينية الأرقام القياسية السابقة التي سجلت على الأرض وعلى المحطة الفضائية الدولية. ففي برج إسقاط أرضي، سجلت تجارب سابقة درجات حرارة بلغت نحو 38 بيكو كلفن، لكن إمكانية متابعة الذرات لم تتجاوز ثانيتين تقريباً. كما تمكن مختبر الذرات الباردة على متن محطة الفضاء الدولية عام 2022 من الوصول إلى نحو 52 بيكو كلفن، مع استمرار التجربة لمدة ثانية واحدة فقط.

ولا يقتصر هدف هذه التجارب على تسجيل أرقام قياسية، بل يمتد ليشمل تكوين حالة من المادة تعرف باسم «تكاثف بوز-أينشتاين». وفي هذه الحالة، تتصرف أعداد كبيرة من الذرات كما لو أنها نظام كمومي واحد، بدلاً من أن تتحرك كل ذرة بصورة مستقلة. وهذا يتيح للعلماء دراسة ظواهر فيزيائية لا يمكن رصدها بسهولة في الظروف العادية، واختبار النظريات المتعلقة بسلوك المادة على المستوى الكمومي.

ويأمل الباحثون أن تسهم هذه التقنيات في تطوير مقاييس تداخل ذرية عالية الدقة، تعتمد على الخصائص الموجية للذرات لقياس تأثيرات دقيقة مثل التسارع والجاذبية. ويمكن لهذه الأجهزة مستقبلاً أن تحسن قياسات المجال الجاذبي للأرض وتختبر بعض المبادئ الأساسية في الفيزياء.

ويرى العلماء أن هذه التجربة تمثل خطوة مهمة نحو تطوير مختبرات كمومية أكثر تقدماً في الفضاء، لكنها لا تعني أن هذه التطبيقات أصبحت جاهزة للاستخدام الفوري. إذ يتطلب الأمر المزيد من التجارب وتحسين القدرة على التحكم في أعداد أكبر من الذرات وإطالة مدة مراقبتها لتحقيق الاستفادة الكاملة من هذا الإنجاز.

Y.Sharma--DT