اكتشاف كمومي نادر: ذرات تعكس دورانها داخل بلورات باستخدام ليزر تيراهرتز
فريق من معهد HZDR الألماني يوثق ظاهرة 1+1=-1 في المواد الكمومية حين يعكس الزخم الزاوي اتجاهه عند انتقاله عبر الشبكة البلورية لسيلينيد البزموت.
المنطق الرياضي يقول: اجمع شيئاً مع نظيره تحصل على ضعفه. لكن في عالم المواد الكمومية، قد يكون الجواب سالباً. هذه الفكرة المثيرة للدهشة باتت حقيقة تجريبية موثّقة بعد أن نجح فريق دولي بقيادة معهد هيلمهولتز-درسدن-روزندورف الألماني في رصد ظاهرة غير مسبوقة داخل بلورات سيلينيد البزموت: الذرات تعكس دورانها فجأة حين ينتقل الزخم الزاوي بين أنماط اهتزاز مختلفة داخل الشبكة البلورية. الدراسة نُشرت في مجلة Nature Physics في مايو 2026.
اعتمد الباحثون على حزم ليزر تيراهرتز شديدة الكثافة سلّطوها على عينات بلورية من سيلينيد البزموت، وهي مادة كمومية توبولوجية تحظى باهتمام واسع في أبحاث الفيزياء التطبيقية. وبأجهزة قياس فائقة الدقة قادرة على التقاط ديناميكيات في نطاق الفيمتو ثانية، رصد الفريق ما لم يكن في الحسبان: الزخم الزاوي لأنماط اهتزاز الشبكة البلورية ينعكس اتجاهه حين ينتقل من نمط إلى آخر، مُنتجاً محصلة سالبة بدلاً من المتوقع.
أطلق الباحثون على هذه الظاهرة تسمية "1+1=-1"، وهي استعارة رياضية تُعبّر عن حقيقة أن جمع نمطين دوارين في الاتجاه ذاته يُفضي إلى نتيجة تدور في الاتجاه المعاكس تماماً. ويُشبّهون هذا بعملية أومكلاب المعروفة في فيزياء الحالة الصلبة، حين تتجاوز الحزم الزخمية حدود منطقة بريلوان فتنعكس، غير أن تطبيقها على الزخم الزاوي داخل الشبكة البلورية يُمثّل اكتشافاً من نوع آخر لم يكن متوقعاً نظرياً.
قال سيباستيان ميرلين، الباحث الرئيسي في الدراسة: "لقد اكتشفنا شيئاً أساسياً جديداً آمل أن يجد طريقه إلى الكتب الدراسية". وهو توصيف نادر في لغة البحث العلمي المتحفظة، يُشير إلى عمق الدلالة النظرية لهذا الاكتشاف وقدرته على تغيير فهمنا لكيفية انتقال الزخم الزاوي في المواد المتكاثفة.
ما يجعل هذه الظاهرة أبعد من مجرد فضول أكاديمي هو ارتباطها بمجال المغنطة بالضوء، الذي يسعى إلى التحكم في الخصائص المغناطيسية للمواد باستخدام الليزر بدلاً من المغانط التقليدية. وإذا أمكن فهم هذه الانعكاسات الزخمية والتحكم فيها بدقة، فقد تُفتح أبواب لتقنيات تخزين بيانات أسرع وأكثر كفاءة، أو لمعالجة معلومات تعتمد على الزخم الزاوي للإلكترون بدلاً من شحنته الكهربائية، في مجال يُعرف بالسبينترونية.
المواد الكمومية عموماً وسيلينيد البزموت خصوصاً تستمر في إدهاش الفيزيائيين بمفاجآت تُربك الحدس الكلاسيكي. وفي كل مرة يُصوّب فيها الباحثون حزمة ليزر دقيقة نحو هذه البلورات، يُحتمل أن يعودوا بشيء لا تُفسّره المعادلات المعتادة. هذه المرة، عادوا بقانون جمع يعصى على البديهة لكنه يتحقق في قلب المادة الصلبة.
المزيد من علوم
دراسة دولية كبرى تؤكد: الكون لا يزال يتسارع في تمدده والطاقة المظلمة باقية
فريق بحثي دولي بقيادة جامعة ساوثهامبتون يدحض الادعاءات الأخيرة بتباطؤ تمدد الكون، مؤكداً بتحليل دقيق للمستعرات العظمى أن الطاقة المظلمة تواصل دفع الكون نحو التسارع الكوني.
مئات الزلازل الخفية اكتُشفت قرب نهر ثواتس الجليدي وتُهدد برفع البحار ثلاثة أمتار
رصد علماء أستراليون 245 زلزالاً جليدياً مخفياً بالقرب من نهر القيامة الجليدي بأنتاركتيكا بين 2010 و2023، وهي إشارات تُحذر من تسارع وتيرة ذوبانه وعواقبه الكارثية على مستويات البحار عالمياً.
دراسة: مرشحات هيبا تُحسّن الوظيفة التنفيذية للدماغ بنسبة 12% في شهر واحد فقط
تجربة سريرية أمريكية تُثبت أن استخدام أجهزة تنقية الهواء بمرشح هيبا في المنزل لمدة شهر واحد يُحسّن أداء الدماغ لدى البالغين فوق الأربعين بنسبة 12%، مما يكشف أثر تلوث الهواء على الوظائف المعرفية.
علماء يكشفون شذوذاً حرارياً ضخماً في أعماق المريخ يفوق بمئات الدرجات توقعاتنا
باحثو كالتك يكشفون أن الجزء الجنوبي من باطن المريخ أشد حرارةً بمئات الدرجات من الشمال وقد يكون منصهراً جزئياً، وهو ما يفسر لغز المغناطيسية والزلازل المريخية.
الحاسوب الكمي لشركة IBM يحل مسألة تعجز عنها الحواسيب الكلاسيكية في 15 دقيقة
حقق باحثو IBM وجامعة شيكاغو إنجازاً تاريخياً في الحوسبة الكمية باستخدام 70 كيوبتاً منطقياً مصحَّح الأخطاء، إذ أتموا عملية حسابية معقدة في ربع ساعة فقط.
باحثون يكتشفون خزاناً جليدياً ضخماً مختبئاً في باطن جبال ولاية يوتا الأمريكية
استخدم فريق بحثي قياسات الجاذبية لرسم خريطة ثلاثية الأبعاد لنهر جليدي صخري مدفون تحت جبل تيمبانوغوس في يوتا، تبيّن أنه يحوي ما يكفي لملء 600 مسبح أولمبي.