الكشف عن شكل الفوتون لأول مرة في تاريخ الفيزياء

أعلن فريق بحثي من جامعة برمنغهام البريطانية عن تمكنه من استكشاف طبيعة الفوتونات بتفاصيل غير مسبوقة لإظهار كيفية تشكلها ومن ثم انبعاثها من الذرات أو الجزيئات.

الفوتونات هي جسيمات الضوء، وتتمثل في حزم صغيرة من الطاقة التي تحمل الضوء وأشكالا أخرى من الإشعاع الكهرومغناطيسي، مثل موجات الراديو أو الأشعة السينية.

فكّر في الضوء كرسول، فهو يسافر عبر الفضاء حاملا الطاقة من مكان إلى آخر، والفوتونات هي رسل بلا كتلة وتتحرك بسرعة فائقة تساوي 300 ألف كيلومتر في الساعة (سرعة الضوء).

الفوتونات هي جسيمات الضوء وتتمثل في حزم صغيرة من الطاقة (بيكسابي) منظومة جديدة

وبحسب الدراسة، التي نشرها الفريق في دورية "فيزيكال ريفيو ليترز"، لا توجد الفوتونات ككيانات معزولة، إذ يتأثر تفاعلها مع المادة بشكل كبير بالبنية المحيطة، مثل التجاويف أو البنية النانوية التي تتحكم في الضوء بمقاييس أصغر بكثير من عرض شعرة الإنسان والتي استخدمها الباحثون في تجاربهم.

وتشكل هذه التفاعلات كيفية انتشار الفوتونات أو انبعاثها أو تشتتها، وتقدم الدراسة تمثيلا بصريا لما يمكن أن يكون عليه الفوتون أثناء هذه التفاعلات، عبر منظومة رياضية جديدة سماها العلماء "شبه الوضع"، وهو تحويل رياضي يبسط وصف الفوتونات في البيئات المعقدة، فيصفها كقطع صغيرة.

وبحسب بيان صحفي رسمي صادر من جامعة برمنغهام، يقول الباحثون إن تلك الطريقة في تنفيذ الحسابات مكّنتهم من تحويل مشكلة تبدو غير قابلة للحل إلى شيء يمكن حسابه.

شكل الفوتون

وكنتيجة ثانوية للنموذج الذي طوروه، تمكن هذا الفريق من إنتاج الصورة الجديدة للفوتون، وبحسب تصريح حصلت الجزيرة نت على نسخة منه للباحث الرئيسي في الدراسة بنجامين يوين من كلية الفيزياء والفلك بالجامعة، فهذا "شيء لم نشهده من قبل في تاريخ الفيزياء".

ويشير "شكل الفوتون" إلى كيفية تفاعل الفوتون مع البيئة المحيطة، ويؤثر هذا التفاعل على خصائص الفوتون مثل لونه واتجاهه واحتمال وجوده في حالة معينة، ويمثل كل لون وشكل في الصورة واحدة من تلك الخصائص، التي إذا تجمعت معا تصنع ما نعرّفه بأنه "الفوتون".

وهذا العمل مهم لأنه يفتح آفاقًا جديدة للبحث أمام علماء الفيزياء الكمومية وعلم المواد، فالقدرة الدقيقة على تحديد كيفية تفاعل الفوتون مع المادة تمكّن العلماء من تصميم تقنيات نانوية جديدة يمكنها تغيير الطريقة التي نتواصل بها بأمان، أو تكشف مسببات الأمراض.

وإلى جانب ذلك، يساعد فهم سلوك الفوتونات العلماء في التفاعلات الكيميائية على المستوى الجزيئي على سبيل المثال، وهو أمر مهم جدا في نطاقات مثل الطب والكيمياء.

المصدر: الجزيرة