مجلة عالم التكنولوجيا
مجلة تكنولوجية شاملة

الضوء السائل.. هل يلبي احتياجاتنا المستقبلية للطاقة؟

29

عالم التكنولوجيا     ترجمة

 

أصبح لدى العلماء اليوم طرق مختلفة للتلاعب بالمادة بفضل التقدم التقني. وفي كثير من الأحيان يؤدي هذا إلى اكتشاف أنواع جديدة من المادة لها خصائص فريدة، مثل: الهيدروجين المعدني الشهير وبلورة الزمن الغريبة.

ويؤدي اكتشاف مثل هذه المواد إلى مجموعة واسعة من التطبيقات المحتملة في مجال الإلكترونيات. وأحد هذه التطبيقات ما يسمى “الضوء السائل”، وهي مادة غريبة .

ويُصنف الضوء السائل بأنه مائع فائق مشتق من قدرة الجزيئات على التكاثف. ويظهر الضوء سلوك السائل، وخاصة القدرة على التدفق من وعائه.

المثير للاهتمام أنه كان يُعتقد أن الضوء العادي يتكون من موجات، ولكن تظهر نتائج أحدث أن للضوء أيضًا خصائص السوائل.

– الضوء السائل وأصل السوائل الفائقة

الضوء السائل
الضوء السائل

يمكن تصنيف الضوء السائل على أنه مائع فائق مشتق من قدرة الجسيمات على التكثيف في حالة تعرف باسم (Bose-Einstein condensate BEC). وتتبع مكثفات السوائل الفائقة Bose-Einstein قواعد فيزياء الكم بدلًا من الفيزياء الكلاسيكية. ويمكنها حمل وتوصيل الطاقة الكهربائية، ولكن بشكل عام توجد فقط لأجزاء من الثانية وفي درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق. ومع ذلك فقد أظهر منشور عام 2017، في مجلة Nature Physics أن هذا ليس ضروريًا دائمًا.

ففي أوائل عشرينيات القرن الماضي أرسل العالم الهندي Bose ورقة إلى ألبرت أينشتاين اشتق فيها “قانون بلانك لإشعاع الجسم الأسود” من خلال معالجة الفوتونات على أنها غاز من جسيمات متطابقة.

وعمم أينشتاين ظرية Bose على غاز مثالي من ذرات أو جزيئات متطابقة. وتوقع أيضًا أنه في درجات حرارة منخفضة بما فيه الكفاية ستصبح الجسيمات متماسكة معًا في أدنى حالة كمومية للنظام. هذه هي الظاهرة التي نسميها الآن تكثيف Bose-Einstein.

 

– كيف يمكن أن يتواجد الضوء السائل في درجة حرارة الغرفة؟

الضوء السائل
الضوء السائل

في عام 2017 تعاونت مجموعة من الباحثين من بوليتكنيك مونتريال بكندا، ومعهد CNR الإيطالي لتقنية النانو لإجراء تجربة أظهرت أن الضوء يمكن أن يحقق حالة مائع فائق في درجة حرارة الغرفة.

وأكدت الدراسات السابقة بالفعل إمكانية وجود الضوء كسائل فائق، لكن جميع التجارب السابقة كانت بحاجة إلى استخدام درجات حرارة منخفضة للغاية بالقرب من الصفر المطلق لربط الفوتونات معًا بقوة كافية؛ حتى تتصرف كجزيئات وتتحول إلى مائع فائق.

وخلال تجربة عام 2017 تم وضع فيلم رقيق للغاية مصنوع من جزيئات عضوية بين مرآتين عاكستين للغاية، وتعرض هذا الإعداد أيضًا لانفجار ليزر مدته 35 فيمتوثانية (10 ثوانٍ). أدى هذا التفاعل المكثف بين الضوء والمادة إلى تكوين مائع فائق.

لكن الملاحظة غير العادية هو أن السيولة الفائقة يمكن أن تحدث أيضًا في درجة حرارة الغرفة باستخدام جسيمات المادة الخفيفة التي تسمى البولاريتون.

وفقًا للباحثين تتفاعل الفوتونات مع أزواج ثقب الإلكترون، تسمى الإكسيتونات، في شبه موصل. وتفرض هذه الإكسيتونات عزمًا ثنائي القطب، يتم دمجه مع ثنائي القطب في المجال الكهرومغناطيسي، ويقرن بقوة الإكسيتونات والفوتونات. النتيجة النهائية هي بولاريتون، ويُعتبر شبه جسيم، يتألف من نصف ضوء ونصف مادة، ويتصرف كمكثف Bose-Einstein أو سائل فائق، حتى في درجة حرارة الغرفة.

ويؤكدون أنه بهذه الطريقة يمكن الجمع بين خصائص الفوتونات مثل كتلتها الفعالة للضوء والسرعة السريعة، مع التفاعلات القوية بسبب الإلكترونات داخل الجزيئات.

في ظل الظروف العادية تتموج السوائل وتدور حول أي شيء يتداخل مع تدفقه. لكن في حالة السائل الفائق يتم قمع هذا الاضطراب؛ ما يتسبب في استمرار التدفق في طريقه دون تغيير.

– التطبيقات الممكنة للضوء السائل

الضوء السائل
الضوء السائل

يُعد إنتاج الضوء السائل في درجة حرارة الغرفة بتطورات مثيرة للاهتمام في مجال الإلكترونيات والرعاية الصحية وعلوم البيانات والعديد من المجالات الأخرى.

علاوة على هذا اُستخدم الضوء السائل على نطاق واسع في عدد الترانزستورات المثبتة على شريحة أشباه الموصلات لتزداد بمقدار ضعفين كل عامين. هذا النمو ضروري لتلبية الطلبات المتزايدة في السرعة المتزايدة اللازمة لنقل البيانات بسرعة.

ففي عام 2016 ابتكر باحثون في جامعة كامبريدج مفتاح بولاريتون قادرًا على توصيل الإشارات الكهروضوئية بسرعة عالية. يمتلك هذا الجهاز، الذي يعتمد على الضوء السائل، القدرة على التغلب على القيود المادية والتقنية التي تواجهها رقائق الترانزستور الحالية.

وفي ورقة بحثية بعنوان “العواقب الظاهرية للمادة المظلمة الفائقة”، نُشرت في سبتمبر 2018، تظهر المادة المظلمة (85% مادة في الكون هي مادة مظلمة) على أنها هي أيضًا مادة فائقة السيولة. وإذا تم إثبات صحة هذه النظرية فهناك احتمال أن يؤدي إجراء مزيد من البحث على الضوء السائل (وهو أيضًا مائع فائق) إلى زيادة فهمنا للمادة المظلمة والطاقة المظلمة.

وهناك احتمال أن يتم تخزين الضوء السائل وحفظه لاستخدامه لاحقًا، لأنه في الوقت الحالي لا يمكن تخزين التيار الكهربائي بسهولة بكميات كبيرة.

وقال الباحثون إن تقنية الضوء السائل يمكن أن يؤدي إلى تطوير إصدارات أكثر تقدمًا وفعالية من المعدات القائمة على الليزر وأجهزة الكمبيوتر والألواح الشمسية والأجهزة الإلكترونية القائمة على LED.

في النهاية قطعت معرفتنا الخاصة بالضوء السائل شوطًا طويلًا، ولكن هل سيكون هذا المائع الفائق المشحون قادرًا على أن يصبح حلاً فعالًا لتلبية لاحتياجاتنا من الطاقة؟ الجواب يكمن في المستقبل.

المصدر:

Scientists Bemused to Find Liquid Light at Room Temperature

اقرأ أيضًا:

علماء الفيزياء يبتكرون تقنية جديدة لاكتشاف المادة المظلمة أخيرًا

الرابط المختصر :
close

مرحبا 👋

سعداء بالتواصل معكم
قم بالتسجيل ليصلك كل جديد

نحن لا نرسل البريد العشوائي! اقرأ سياسة الخصوصية الخاصة بنا لمزيد من المعلومات.

اترك رد

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.