باحثون يتمكنون من تجميد البوزيترونيوم لأول مرة باستخدام تقنية الليزر!

استطاع العلماء في المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN) تحقيق اختراق كبير من خلال تطبيق تقنية التبريد بالليزر على البوزيترونيوم، وهو جسيم نادر يتكون من الإلكترون ونقيضه المسمى بوزيترون ويتميز بإمكانية توليد طاقة هائلة. حيث يُعد هذا التطور خطوة هامة نحو فتح آفاق جديدة في الفيزياء وعلاج السرطان وربما السفر عبر الفضاء، حيث يسهل تجميد البوزيترونيوم دراستها واستخدامها في تجارب مختلفة.

ويُعد البوزيترونيوم (Positronium) مادة فريدة من نوعها تتشكل من اتحاد المادة والمادة المضادة، وهو ما يجعلها نادرة الوجود في الطبيعة، إذ تبقى لفترات زمنية قصيرة للغاية، تُقدر بـ 142 جزءًا من مليار جزء من الثانية. وتتميز هذه المادة بقدرتها على توليد طاقة هائلة، مما يسلط الضوء على أهمية المادة المضادة التي كانت موجودة في بدايات الكون.

غير أن تحليل هذه المادة المراوغة كان يُعد تحديًا كبيرًا بسبب حركة ذراتها السريعة. لكن، العلماء الآن بات لديهم حل بديل يتمثل في تجميدها باستخدام تقنية الليزر، كما أوضح الدكتور روجيرو كارافيتا من المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN) قرب جنيف، مُشيرًا إلى أن هذا الاكتشاف يفتح آفاقًا جديدة للتجارب على المادة المضادة.

ويتكون البوزيترونيوم من إلكترون وبوزيترون، مما يجعله ذرة غريبة تُمثل توازنًا بين المادة والمادة المضادة. حيث تتكون المادة التي تشكل العالم من حولنا من ذرات، أبسطها الهيدروجين، وهو العنصر الأكثر وفرة في الكون. ويتكون هذا من بروتون موجب الشحنة وإلكترون سالب الشحنة. ومن ناحية أخرى، يتكون البوزيترونيوم من إلكترون وما يعادله من المادة المضادة، وهو البوزيترون.

وقد تم اكتشاف البوزيترونيوم لأول مرة في الولايات المتحدة عام 1951، وقد كانت دراستها معقدة نظرًا لخفة وزنها وسرعة حركتها. لكن، باستخدام تقنية التبريد بالليزر، تمكن فريق من CERN من خفض درجة حرارة البوزيترونيوم إلى أقل من -100 درجة مئوية، مما يُسهل على العلماء دراستها. إنها عملية صعبة ومعقدة حيث يتم تسليط ضوء الليزر على الذرات لمنعها من الاهتزاز كثيرًا.

ولكي يصبح البوزيترونيوم قابلاً للاستخدام في الأبحاث، يجب تجميده بدرجة أكبر، إلى حوالي 260 درجة مئوية تحت الصفر، لكن نهج الليزر أعطى الباحثين طريقًا للمضي قدمًا، وفقًا لما ذكره البروفيسور مايكل تشارلتون، الخبير في البوزيترونيوم بجامعة سوانسي، والذي لم يشارك في البحث الحالي.

ويُعتبر هذا الاكتشاف خطوة مهمة نحو استخدام البوزيترونيوم في الأبحاث، حيث يُمكن أن يُسهم في استكشاف أسرار الكون وفهم الفروق بين المادة والمادة المضادة. كما يُشير تشارلتون إلى أن هذا الإنجاز يُعد بمثابة دعوة لعصر جديد من فيزياء البوزيترونيوم. وقد تم نشر البحث في المجلة العلمية Physical Review Letters.

ومن الجدير بالذكر أن هذا السباق العلمي يُشارك فيه فرق بحثية من حول العالم، بما في ذلك مجموعة من منشأة KEK للبوزيترون بطوكيو، مما يُظهر الاهتمام العالمي بفوائد هذه المادة، التي لا تقتصر على الاكتشافات العلمية النظرية فحسب، بل قد تمتد لتشمل تطبيقات عملية هائلة. فعندما يتحد الإلكترون والبوزيترون، فإنهما يطلقان كميات هائلة من الطاقة. ويمكن تسخير ذلك لإنتاج أشعة ليزر قوية تسمى أشعة جاما.

ويُذكر أيضًا أن بعض التطبيقات تشمل أيضًا التصوير الطبي، وعلاجات السرطان، بل إن البعض يتحدث عنها كوسيلة لدفع المركبات الفضائية إلى سرعة قريبة من سرعة الضوء، مما يجعل السفر بين النجوم ممكنًا في المستقبل البعيد.