علوم القطيف مقالات علمية في شتى المجالات العلمية
World’s thinnest mirror is made from a single layer of rubidium atoms
(بقلم: دونا لو ـ By: Donna Lu)
تُصنع المرايا عادة من أسطح مستوية مصقولة من المعدن أو الزجاج المطلي – ولكن الآن وبفضل التقنية الجديدة يمكن صنعها من بضع مئات من الذرات.
ابتكر جون روي وزملاؤه (من معهد ماكس بلانك للبصريات الكمية في جارشينج بألمانيا) مرآة مصنوعة من طبقة واحدة من ذرات الروبيديوم** ، وهم يعتقدون أنها أخف مرآة تم صنعها على الإطلاق.
قام فريق البحث بقيادة جون روي بصناعة المرآة الجديدة من خلال ثلاث مراحل:
المرحلة الأولى: التبريد بالليزر
باستخدام عملية تُعرف باسم التبريد بالليزر ، يتم تبريد عدة مئات من ذرات الروبيديوم 87 ، إبتداء من درجة حرارة الغرفة بإطلاق شلال من الفوتونات صادر من أشعة الليزر. يقول روي: “تخيل الذرات ككرات سلة والفوتونات ككرات تنس الطاولة”. من خلال توجيه عدد كافٍ من الفوتونات نحو الروبيديوم ، يمكن للقوة الصغيرة لكل فوتون إبطاء الذرات بشكل جماعي وبالتالي تبريدها.
المرحلة الثانية: التبريد التبخيري
دور المرحلة الثانية التي تسمى التبريد التبخيري هي خفض درجة حرارة الذرات إلى حوالي 10 نانو كلفن (النانو كلفن الواحد يعادل 9–10 × 1.0 كلفن ، والكلفن الواحد يعادل سالب 272.15 درجة مئوية).
المرحلة الثالثة: عزل الطبقة
وأخيرا قام الباحثون بتسليط حقلٍ مغناطيسيٍ محددٍ في اتجاه واحد لعزل طبقة واحدة من ذرات الروبيديوم 87 الخاضعة للتبريد الشديد.
العلاقة بين الذرات
يقول جون روي: الذرات طبيعيا تكون مترابطة بإحكام ، وتمتلك خصائص جماعية معينة مع الضوء ، لكن إذا تشتت الذرات في الفضاء بشكل عشوائي ، فإن كل ذرة تتفاعل مع الضوء بشكل مستقل. وهذا ما يحدث لتلك الطبقة المعزولة من الذرات ، فيتغير تأثير الذرات على بعضها البعض تجاه الضوء وتنفرد كل ذرة بخصائص مكتسبة جديدة وبالتالي تتغير خصائصها البصرية.
يقول جون روي: “بسبب تقارب الذرات مع بعضها البعض ، فإنها لن تصدر ضوءًا بشكل مستقل ، ولكن إذا تباعدت عن بعضها يمكنها التأثير والتداخل مع بعضها البعض”. والنتيجة بعد عزل طبقة الروبيديوم هي إيجاد سطح ثنائي الأبعاد يعكس الضوء المشرِق عليه.
قام الباحثون بالتأكد من أن المرآة تعمل عن طريق تسليط ضوء مركز على الفراغ الذي تم فيه احتجاز الذرات ، وتمكن فريق البحث من قياس كمية الضوء المنعكس.
يقول جون روي: إن المزيد من الأبحاث حول تأثير الضوء على الذرات قد يؤدي إلى تطورات علمية جديدة في البصريات الكمومية. ويضيف قائلا: “يمكن استخدام هذه التقنية المتقدمة لهندسة أوضاع للمادة مصطنعة لم تكن موجودة من قبل”.
**الروبيديوم: عنصر كيميائي تم إكتشافه في المانيا عام 1861م ، والروبيديوم مشتقة من الكلمة اللاتينية Rubidius وتعني الأحمر الداكن. رقمه الذري في الجدول الدوري للعناصر هو 37 ، وهو معدن هش يتفاعل مع الماء بقوة ويشتعل في الهواء بسرعة. وتم إنتاجه كعنصر نقي بدون شوائب عام 1928م. وهو في حالة مستقرة يعرف بـالروبيديوم 85 (Rb85) ، وله نظير واحد طبيعي هو الروبيديوم 87 (Rb87) ، و 29 نظير صناعي (مصنع في المختبرات). يُستخدم عنصر الروبيديوم في صناعة الألعاب النارية وفي الأبحاث التي تتعلق بالضوء. (النظائر لنفس العنصر تحتوي على نفس العدد الذري لكن تختلف في عدد النيوترونات).
*تمت الترجمة بتصرف
المصدر: