اكتشاف حالة كمومية جديدة للمادة.. ما تأثيرها على علوم المستقبل؟

اكتشاف حالة جديدة من حالات المادة الكمومية تفتح آفاقًا واسعة في عالم الفيزياء الكمومية؛ هذا الاكتشاف الذي أعلن عنه فريق من جامعة كاليفورنيا، إيرفين، يكشف عن مادة تتصرف بقوانين تتجاوز التصنيفات التقليدية المعروفة للمادة، سواء كانت صلبة أو سائلة أو غازية، بل تشكل ظاهرة تتحدى المنطق التقليدي في طبيعة الجسيمات وسلوكها تحت ظروف خاصة.

طرق غريبة لسلوك المادة الكمومية تحت درجات حرارة صادمة

عندما تنخفض درجات الحرارة إلى مستويات تقترب من الصفر المطلق (-273.15 درجة مئوية)، يبدأ عالم الجسيمات في إظهار تصرفات غير مألوفة للغاية، فالإلكترونات والذرات تظهر من خلال ظواهر مثل التراكب الكمومي والتشابك، حيث تتفاعل الجسيمات مع بعضها ككيان واحد غير منفصل. مثل هذه الظواهر تُعرف ضمن “الحالات الكمومية”، التي تشمل أيضًا حالات متطورة من المادة مثل الموصلية الفائقة، التي تنقل الكهرباء بدون مقاومة، والسوائل الفائقة التي تنساب بلا احتكاك.
في هذه التجارب الحديثة التي اعتمدت على تقنيات تبريد فائقة وتطبيق مجالات مغناطيسية قوية، فقدت الجسيمات هويتها الفردية، متحولة إلى حالة تفاعلية جماعية مذهلة تشبه كيانًا موحدًا، وهو ما نشر في دراسة فترةت في مجلة “فيزيكال ريفيو ليترز”.

الإكسيتونات: حالة جديدة تفتح آفاق المادة الكمومية الغريبة

لويس جوريجي، أستاذ الفيزياء في جامعة كاليفورنيا، أوضح أن هذه الحالة الجديدة من المادة تشبه وجود الماء في شكله السائل أو الجليدي أو البخاري، لكنها حالة لم تُرصد من قبل على الأرض، رغم أنها كانت محسوبة نظريًا منذ فترة. هذه الظاهرة ترتبط بإلكترونات ونظائرها المعروفة بـ”الفجوات”، التي تتزاوج وتتحرك معًا في نفس الاتجاه لتكون جسيمات غريبة تسمى “الإكسيتونات”.
الإكسيتون عبارة عن جسيم زائف ناشئ داخل مواد أشباه الموصلات حين يمتص الإلكترون طاقة، فيقفز إلى مستوى طاقة أعلى ويترك خلفه فجوة تشبه الثقب. هذه الفجوة، على الرغم من عدم كونها جسيمًا حقيقيًا، تتصرف داخل شبكة الذرات كأنها كيان مستقل. الإلكترون والفجوة يشكلان ثنائيًا مشحونًا يشبه “ذرة مؤقتة” ترتبط فيها الجسيمات بقوة كهروستاتيكية مشابهة لتلك بين الإلكترون والبروتون في ذرة الهيدروجين.

تطبيقات حاسوبية واعدة للمادة الكمومية الجديدة

يشير جوريجي إلى أن هذه المادة الكمومية الجديدة تمثل حالة فريدة من نوعها، وبدا أنها قادرة على إصدار ضوء عالي التردد لو تم التعامل معها ميكانيكيًا. عند زيادة المجال المغناطيسي في التجربة، انخفضت المقاومة الكهربائية للمادة فجأة، مما أكد تحولها إلى الحالة الغريبة المكتشفة.
هذا الاكتشاف يفتح آفاقًا جديدة لتطوير تقنيات حاسوبية موفرة للطاقة وتعتمد على نقل الإشارات بوسائل مختلفة عن النقل الكهربائي التقليدي، مما يعزز من أداء الأجهزة الكمومية.
تتميز المادة الجديدة أيضًا بمقاومتها الفائقة للإشعاعات، مما يجعلها خيارًا مثاليًا لتصميم أجهزة كمومية قابلة للعمل في الفضاء، حيث تتعرض الحواسيب لإشعاعات قد تعطل عملها خلال الرحلات الفضائية الطويلة.

• انخفاض درجات الحرارة إلى مستويات قريبة من الصفر المطلق
• ظهور سلوك جسيمات غير تقليدي مثل التراكب الكمومي والتشابك
• تكوين جسيمات زائفة تسمى الإكسيتونات من الإلكترونات والفجوات
• التطبيقات المحتملة في مجال الحوسبة الكمومية وتقنيات نقل الإشارات
• تحمّل المادة الجديدة للإشعاعات الكونية وملائمتها للاستخدام في الفضاء