اكتشاف جسيم يكتسب كتلة فقط عندما يتحرك في اتجاه واحد
تاريخ النشر: 17th, December 2024 GMT
في تطور مثير استغرق 16 عاما، توصل العلماء أخيرا إلى اكتشاف نوع غريب من الجسيمات الذي يكتسب كتلة فقط عند الحركة في اتجاه واحد، وكان هذا الاكتشاف مجرد نظرية طُرحت عام 2008، لكنه تحقق مؤخرا ورُصد لأول مرة في تجربة أجريت على بلورة شبه معدنية تُعرف بـ"زركونيوم سيليكون سلفيد"، جرى تبريدها إلى 269 درجة مئوية تحت الصفر، ومن المتوقع أن يفتح هذا الإنجاز آفاقا جديدة في علوم الكم وتطبيقات المواد.
وينضم هذا الجسيم إلى فئة خاصة تسمى "أشباه الجسيمات"، التي لا تعد كيانات فردية مستقلة، بل هي ناتجة عن مجموعة من الجسيمات التي تعمل بشكل جماعي وتنشأ في ظروف معقدة، وتُظهر خصائصها عادة الديناميكيات المعقدة للمواد التي توجد فيها.
بمعنى أوضح، فأشباه الجسيمات ليست مثل الإلكترون أو البروتون، بل هي نتيجة لا تظهر إلا في وجود مجموعة من الجسيمات التي تتفاعل معا، فيمثل الفراغ ما بينها خصائص جسيم إضافي، ويشبه الأمر الفقاعة في الماء، فهي لا تحتوي على شيء وليست إلا منطقة خالية من الماء، إلا أنها تمثل كيانا يتحرك في الماء يمكن فهمه ودراسة خصائصه.
أما شبه الجسيم المكتشف حديثا، المعروف باسم "الفرميون شبه ديراك"، فيتميز بوجود كتلة عند التحرك في اتجاه واحد، بينما يبقى عديم الكتلة في أيّ اتجاه آخر.
وتخالف هذه الظاهرة المدهشة المفاهيم التقليدية للكتلة في الفيزياء، التي ترتبط عادة بالطاقة ومقاومة الحركة، وقد أعرب الفيزيائي المتخصص في المادة المكثفة، يينمينغ شاو، من جامعة ولاية بنسلفانيا، عن دهشته من هذا الاكتشاف، موضحا أن الفريق لم يكن يبحث بشكل محدد عن الفرميون شبه ديراك في تجربتهم.
وقال شاو في بيان صحفي رسمي صدر عن جامعة ولاية بنسلفانيا: "لم نكن حتى نتوقع وجود فرميون شبه ديراك عندما بدأنا العمل على هذه المادة، لكننا لاحظنا إشارات غير مفهومة وتتبعناها حتى حصلنا على نتائج مذهلة وغير متوقعة".
إعلانوينتج السلوك الفريد لشبه الجسيم -كونه عديم الكتلة في اتجاه وذا كتلة في اتجاه آخر- عن تفاعله مع البنية الإلكترونية لبلورة الزركونيوم. وقد شبّه شاو هذا السلوك بقطار يتحرك عبر تقاطعات سكك حديدية، إذ يتحرك قطارنا شبه الجسيمي على مساره السريع بسرعة الضوء، لكنه يصل إلى تقاطع ويحتاج إلى التبديل إلى مسار عمودي، وفجأة، يواجه مقاومة، ويكتسب كتلة حينها.
التطبيقات والتداعياتويمكن أن تؤدي القدرة على عزل والتلاعب بمثل هذه أشباه الجسيمات إلى تحقيق تقدمات كبيرة في مجالات مثل الحوسبة الكمومية، وتخزين الطاقة، وتقنيات الاستشعار.
ومع ذلك، يحذر الباحثون من أن كثيرا من التفاصيل ما زالت غامضة وتحتاج إلى دراسة معمقة. وأكد شاو ذلك قائلا: "الجزء الأكثر إثارة في هذا الاكتشاف هو أن البيانات التي حصلنا عليها لا يمكن تفسيرها بالكامل حتى الآن، وهناك عديد من الألغاز غير المحلولة فيما لاحظناه، وهذا ما نعمل على فهمه".
وبالرغم من أن الظروف التجريبية المطلوبة لرصد هذه الظاهرة -البرودة الشديدة والحقول المغناطيسية القوية- تجعلها بعيدة عن التطبيقات العملية حاليا، فإن الاكتشاف يفتح آفاقا جديدة للبحث العلمي في المستقبل، وأحد التحديات التي تواجه العلماء حاليا هو استخراج طبقات على حدة من بلورة الزركونيوم متعددة الطبقات، لدراسة سلوك شبه الجسيم بمزيد من التفصيل، الأمر من شأنه أن يساعد في تحليل الخصائص الإلكترونية والجسيمية بدقة أكبر، خاصة عند التعامل مع سلوك غير عادي كالسلوك الذي أظهره الفرميون شبه ديراك.
المصدر: الجزيرة
كلمات دلالية: حريات فی اتجاه واحد کتلة فی
إقرأ أيضاً:
بين سرعة الشيخوخة وخطر ألزهايمر: اكتشاف جديد عن فروق الدماغ بين الجنسين
أستراليا – اكتشف علماء الأعصاب أن دماغ الرجل يشيخ بوتيرة أسرع من دماغ المرأة، حيث يتراجع حجم المادة الرمادية ومناطق مثل الحُصين، المسؤول عن الذاكرة، بسرعة أكبر مع التقدم في العمر.
أظهرت دراسة حديثة أجراها علماء من جامعة سيدني الأسترالية أن دماغ الرجل يشيخ بوتيرة أسرع من دماغ المرأة، رغم أن مرض ألزهايمر يصيب النساء بنسبة تقارب الضعف مقارنة بالرجال.
وأوضح الباحثون أن التقدم في العمر لطالما اعتُبر العامل الرئيس في تطور الأمراض التنكسية العصبية، إلا أن النتائج الجديدة تشير إلى أن الصورة أكثر تعقيدا مما كان يُعتقد.
واعتمدت الدراسة على تحليل أكثر من 12,500 صورة بالرنين المغناطيسي لأدمغة أشخاص من 14 مجموعة بحثية حول العالم، حيث خضع كل مشارك للفحص مرتين على الأقل بفاصل زمني قدره ثلاث سنوات. وركز العلماء على قياس سماكة المادة الرمادية وطبقة الخلايا العصبية المسؤولة عن التفكير، إلى جانب حجم المناطق المرتبطة بالذاكرة مثل الحُصين.
وبيّنت النتائج، التي شملت 4726 متطوعا سليما، أن القشرة خلف المركزية تفقد نحو 2% من حجمها سنويا لدى الرجال، مقابل 1.2% لدى النساء، فيما ينكمش الحُصين بنسبة 1.5% لدى الرجال و0.9% لدى النساء.
ورغم ذلك، أظهرت الإحصاءات أن مرض ألزهايمر أكثر شيوعا بين النساء، وهو ما يرجّح أن سرعة ضمور الدماغ لا تفسر وحدها هذا التباين بين الجنسين. ويرى الباحثون أن الفروق قد تعود إلى عوامل جينية وخصائص بقاء، إذ إن الجين APOE4 — الذي يزيد خطر الإصابة بالخرف — يُظهر تأثيرا أقوى لدى النساء، كما أنهن يعشن عادةً فترة أطول مع الأشكال الخفيفة من المرض.
وأكدت الدراسة أن دماغ الرجال يشيخ بشكل أسرع، في حين تظهر الأمراض العصبية التنكسية، وعلى رأسها ألزهايمر، بمعدلات أعلى لدى النساء، مما يستدعي مواصلة الأبحاث لفهم الأسباب والآليات البيولوجية التي تفسر هذه الفروق الدقيقة.
المصدر: Naukatv.ru
اجتماع تنسيقي لمناقشة تطوير منظومة الدواء بالمستشفيات الجامعية بقنا