أدت نبضتان ليزر فائقتا القصر عبرتا في الفضاء إلى فتح حالات إلكترونية لم يكن من الممكن الوصول إليها سابقًا.
عند النقطة التي تتقاطع فيها نبضتان ليزر فائقتا القصر، يستطيع الفيزيائيون الآن جعل الضوء يتأرجح عبر الأبعاد الثلاثة للفضاء. هذه الهندسة غير العادية مهمة لأن بعض الحالات الكمومية الإلكترونية ظلت بعيدة المنال في التجارب، حتى عندما قالت النظرية إنها يجب أن تكون موجودة. من خلال تشكيل وتداخل نبضات الليزر من اتجاهات مختلفة، قام الباحثون في جامعة أولدنبورغ في ألمانيا الآن بإنشاء تلك المجالات الضوئية ثلاثية الأبعاد واستخدموها للوصول إلى حالات الإلكترونات التي لم يكن من الممكن الوصول إليها سابقًا.
لبناء الحقول، قام الفريق بتشكيل نبضتين ليزر بالفيمتو ثانية، تدوم كل منهما بضعة أجزاء من المليون من المليار من الثانية، وأرسلتهما نحو نفس النقطة من اتجاهات مختلفة. تحمل الحزم أيضًا ألوانًا مختلفة من الضوء. وحيثما تقاطعا، اتحدت مجالاتهما الكهربائية لتكوين هيكل ثلاثي الأبعاد يمكن للباحثين التحكم في شكله.
يشرح داريوس كونكي، أحد المؤلفين الرئيسيين للدراسة وطالب دكتوراه في مجموعة أبحاث Ultrafast Coherent Dynamics: “تتأرجح المجالات في الاتجاهات المكانية الثلاثة، مما يفتح إمكانيات جديدة للتحقيق والتحكم في تفاعلات محددة في المادة الضوئية”.
تدخل الإلكترونات حالات لم يكن من الممكن الوصول إليها سابقًا
وقد زودت ذرات البوتاسيوم الفريق بطريقة لاختبار ما يمكن أن تفعله هذه الحقول بالفعل. استخدم الباحثون الضوء ثلاثي الأبعاد لدفع الإلكترونات بشكل انتقائي إلى حالات ذات طاقة أعلى أو مثارة ثم إطلاقها من الذرات. بعض الحالات الكمومية الناتجة كانت موجودة سابقًا فقط في الأوصاف النظرية وليس في التجارب المعملية.
يوضح البروفيسور الدكتور ماتياس وولينهاوبت، الذي يقود فريق البحث: “من خلال طريقتنا، يمكننا توليد حالات كمومية إلكترونية تم وصفها نظريًا فقط في السابق، كما يمكننا أيضًا جعلها مرئية مكانيًا”. “وبالتالي قمنا بتوسيع مجموعة أدوات البصريات التجريبية لتشمل فئة جديدة من مجالات الضوء ثلاثية الأبعاد.”
ومن خلال متابعة حالات الإلكترون المتغيرة في لحظات زمنية متقاربة، تمكن الباحثون أيضًا من إعادة بناء كيفية تطور تلك الحالات. يعمل هذا النهج إلى حد ما مثل نسخة فائقة السرعة من التصوير الاصطرابي: حيث تلتقط اللقطات المتكررة مراحل متتالية من العملية التي تتكشف بسرعة كبيرة جدًا بحيث لا يمكن المراقبة العادية، مما يسمح للفريق بتجميع نوع من الفيلم للتطور الكمي للإلكترونات.
يمكن لصور المرآة الجزيئية أن تتصرف بشكل مختلف
يمكن أن تصبح الجزيئات اليسرى واليمنى هدفًا مهمًا آخر لهذه التقنية. تأتي هذه الهياكل، المعروفة باسم الجزيئات اللولبية، في أشكال صور معكوسة لا يمكن وضعها بشكل مثالي فوق بعضها البعض، تمامًا مثل زوج من الأيدي البشرية. إن عدم الانطباق شائع في علم الأحياء والطب، ويظهر في الأحماض الأمينية والكربوهيدرات والمكونات النشطة في الأدوية، ويمكن أن يتصرف الشكلان المرآتان لنفس الجزيء بشكل مختلف.
على سبيل المثال، الثاليدومايد، العنصر النشط في دواء كونترجان، يمكن أن يوجد في شكلين جزيئيين على شكل مرآة. أحدهما يسبب تشوهات خلقية أثناء الحمل، بينما الآخر غير ضار. ومع ذلك، فإن التمييز بين هذه الأشكال قد يكون صعبًا للغاية، مما يخلق تحديًا كبيرًا للباحثين الذين يحاولون تحديد البنية الموجودة بالضبط.
قد توفر حقول الضوء ثلاثية الأبعاد طريقة جديدة لاستكشاف تلك الاختلافات الجزيئية لأن النظرية تشير إلى أن حقول الضوء نفسها يمكن أن تمتلك أيضًا خصائص مراوانية. “تُظهر الدراسات النظرية أن حقول الضوء ثلاثية الأبعاد يمكن أن تمتلك أيضًا خصائص مراوانية”، يوضح ولنهاوبت.
المرجع: “التأين متعدد الفوتون مع مجالات الضوء ثلاثية الأبعاد” بقلم D. Köhnke, H.-C. أهلسويدي، تي. باير، وم. وولينهاوبت، 13 يوليو 2026، أبحاث المراجعة البدنية.
دوى: 10.1103/r36b-vw82
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.
