ما مدى سرعة Attosecond؟

[إعلان 1]

منحت جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2023 لثلاثة علماء لعملهم على الأتو ثانية، والذي يمكن أن يؤدي إلى اختراقات في مجال الإلكترونيات والكيمياء.

فاز ثلاثة علماء، هم بيير أغوستيني، وفيرينك كراوس، وآن لويلير، بجائزة نوبل في الفيزياء لعام ٢٠٢٣. الصورة: CNN — فاز ثلاثة علماء، هم بيير أغوستيني، وفيرينك كراوس، وآن لويلير، بجائزة نوبل في الفيزياء لعام ٢٠٢٣. الصورة: *CNN*

أعلنت الأكاديمية الملكية السويدية للعلوم أن العلماء بيير أغوستيني (55 عامًا) وفيرينك كراوس (61 عامًا) وآنا لويلييه (65 عامًا) هم الفائزون بجائزة نوبل في الفيزياء لعام 2023، لأساليبهم التجريبية في إنشاء نبضات ضوء الأتوثانية لدراسة ديناميكيات الإلكترون في المادة، وذلك في الساعة 4:45 مساءً يوم 3 أكتوبر (بتوقيت هانوي ).

يمنح عملهم بالليزر العلماء الأدوات اللازمة لمراقبة الإلكترونات، بل والتحكم فيها. وهذا قد يُحفّز إنجازاتٍ في مجالاتٍ متنوعة، مثل الإلكترونيات والكيمياء.

الأتوثانية هي جزء من مليار من مليار جزء من الثانية. ولتوضيح ذلك، فإن عدد الأتوثانية في الثانية الواحدة يعادل عدد الثواني في تاريخ الكون بأكمله، الممتد على مدار 13.8 مليار سنة. ووفقًا لهانز جاكوب وورنر، الباحث في المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا (ETH زيورخ)، فإن الأتوثانية هي أقصر فترة زمنية يمكن للبشر قياسها مباشرةً.

القدرة على العمل ضمن هذا الإطار الزمني مهمة لأن هذه هي السرعة التي تعمل بها الإلكترونات - المكونات الأساسية للذرات. على سبيل المثال، يستغرق الإلكترون 150 أوتوثانية للدوران حول نواة ذرة الهيدروجين.

هذا يعني أن دراسة الأتوثانية تُتيح للعلماء الوصول إلى عملية أساسية كانت بعيدة المنال سابقًا. يتأثر كل جهاز إلكتروني بحركة الإلكترونات، والحد الأقصى للسرعة حاليًا هو نانوثانية، وفقًا لوورنر. إذا حُوِّلت المعالجات الدقيقة إلى الأتوثانية، فقد يُصبح من الممكن معالجة المعلومات أسرع بمليار مرة.

تتكون الذرة من نواة مكونة من بروتونات ونيوترونات تدور حول إلكترونات. الصورة: Rost-9D/Getty — تتكون الذرة من نواة مكونة من بروتونات ونيوترونات، محاطة بالإلكترونات. الصورة: *Rost-9D/Getty*

كانت الفيزيائية السويدية، المولودة في فرنسا، آن لولييه أول من طوّر أداةً لسبر أغوار عالم الأتوثانية. تستخدم هذه الأداة ليزرًا عالي الطاقة لتوليد نبضات ضوئية على فترات زمنية قصيرة للغاية.

يصف فرانك ليبين، الباحث في المعهد الفرنسي للضوء والمادة والذي عمل مع لويلير، الجهاز بأنه فيلم مُصمم للإلكترونات. ويقارنه بعمل اثنين من رواد صناعة الأفلام الفرنسيين، الأخوين أوغست ولويس لوميير، اللذين بنوا مشاهد من خلال التقاط صور متتالية. ويقول جون تيش، أستاذ فيزياء الليزر في إمبريال كوليدج لندن، إنه أشبه بجهاز يستخدم نبضات ضوئية فائقة السرعة لإطلاقها على المواد وجمع معلومات عن سلوكها خلال تلك الفترة.

كان الفائزون الثلاثة بجائزة الأمس يحملون الرقم القياسي العالمي لأقصر نبضة ضوئية. في عام ٢٠٠١، أنتج فريق العالم الفرنسي بيير أغوستيني نبضة ضوئية استمرت ٢٥٠ أوتوثانية فقط. وتجاوز فريق لولييه هذا الرقم القياسي بنبضة مدتها ١٧٠ أوتوثانية في عام ٢٠٠٣. وفي عام ٢٠٠٨، خفّض الفيزيائي النمساوي المجري فيرينك كراوس هذا الرقم إلى أقل من النصف بنبضة مدتها ٨٠ أوتوثانية.

يحمل فريق وورنر حاليًا الرقم القياسي العالمي في موسوعة غينيس لأقصر نبضة ضوئية، بمدة 43 أتو ثانية. ويقدر وورنر أنه يمكن تقليص هذه المدة إلى بضع أتو ثانية فقط باستخدام التكنولوجيا الحالية.

يقول الخبراء إن تقنية الأتوثانية لم تُصبح شائعة الاستخدام بعد، لكن مستقبلها يبدو واعدًا. حتى الآن، تمكن العلماء في الغالب من استخدام الأتوثانية لمراقبة الإلكترونات. ويرى وورنر أن التحكم في الإلكترونات وحركتها ليس ممكنًا بعد، أو أنه بدأ للتو. وهذا من شأنه أن يُسرّع من وتيرة الإلكترونيات، ويُحدث ثورة في الكيمياء.

قال وورنر: "لن نقتصر على ما تفعله الجزيئات طبيعيًا، بل يمكننا تكييفها مع احتياجاتنا". وأضاف: "يمكن أن تؤدي كيمياء الأتو إلى خلايا شمسية أكثر كفاءة، أو حتى استخدام الطاقة الضوئية لإنتاج وقود نظيف".

ثو ثاو (بحسب وكالة فرانس برس )

[إعلان 2]
رابط المصدر