دراسة رائدة: علماء يبطؤون الضوء بمقدار 10,000 مرة في إحدى التجارب!

أثبت العلماء في السابق إمكانية إبطاء الضوء تحت ظروف محددة، وكشفت دراسة حديثة عن طريقة جديدة تُعَدُّ من بين الأكثر فائدة حتى الآن لتحقيق ذلك. يذكر الباحثون من جامعة قوانغشي والأكاديمية الصينية للعلوم أن هذه الطريقة قد تُسهم في تطوير الحوسبة والاتصالات البصرية.

ينتقل الضوء في فراغ الفضاء بسرعة ثابتة تبلغ 299.792 كيلومترًا في الثانية. لكن عند تعريضه للمجالات الكهرومغناطيسية، مثل تلك المحيطة بالمادة العادية، تبدأ هذه السرعة الفائقة بالتناقص. تقوم معظم المواد الشفافة بإبطاء الضوء بنسبة ضئيلة، مما يؤدي إلى انحنائه عند الانتقال من وسط إلى آخر. إلا أن تقليل السرعة بشكل كبير يتطلب استخدام مواد خاصة، كالبلورات الضوئية أو الغازات الكمومية الباردة جدًا.

صرح الباحثون في بحثهم المنشور أن عملهم يُمهد لمنحى جديد في تحقيق التفاعلات القوية بين الضوء والمادة داخل الرقائق الضوئية النانوية. وتستند الطريقة الجديدة إلى مبدأ الشفافية المستحثة كهرومغناطيسيًا (EIT)، الذي يستخدم تقنيات متقدمة في خداع الليزر لتغيير حالة الإلكترونات داخل الغاز المحبوس، محولًا إياه من حالة العتمة إلى الشفافية.

يسمح ذلك بمرور ضوء الليزر، ولكن نتيجة لطريقة التلاعب هذه، يتباطأ الضوء أيضًا، مما يثير اهتمام الفيزيائيين. لكن هذا الأسلوب يُفقد كمية كبيرة من الضوء والطاقة. ولتقليل هذه الخسائر وزيادة كفاءة النظام، طور الباحثون مادة جديدة تعمل على إبطاء الضوء. هذه المادة تُشكّل نوعًا من الأسطح الخارقة.

الأسطح الخارقة هي بنى اصطناعية ثنائية الأبعاد تمتلك خصائص كهرومغناطيسية غير عادية، لا يمكن العثور عليها في الطبيعة. تتكون هذه الأسطح من وحدات صغيرة جدًا، تُعرف بالذرات الفوقية أو الميتا-ذرات، يمكن ترتيبها بدقة للتحكم في موجات الضوء والصوت والأمواج الأخرى بطرق لا يمكن للمواد الطبيعية تحقيقها.

تُستخدم الأسطح الخارقة في مجموعة متنوعة من التطبيقات مثل تحسين أداء الهوائيات، تطوير أجهزة الاستشعار عالية الدقة، وإنشاء تقنيات التخفي التي يمكنها التلاعب بالضوء بطرق تجعل الأجسام تبدو غير مرئية. تتيح هذه الخصائص المتقدمة إمكانيات جديدة في مجالات الإلكترونيات البصرية، الطب الحيوي، وتقنيات الطاقة، مما يفتح آفاقًا جديدة للابتكار والبحث العلمي.

أظهرت الأسطح الخارقة التي طورها الفريق، والمصنوعة من طبقات رقيقة جدًا من السيليكون، فعالية كبيرة في الحفاظ على الطاقة وإطلاقها، بالأخص الطاقة الناتجة عن الضوء. كما حصل الباحثون على نتائج تُظهر إمكانية إبطاء الضوء بأكثر من 10,000 مرة في هذا النظام. وفي الوقت ذاته، تمكنوا من تقليل فقدان الضوء بأكثر من خمسة أضعاف مقارنةً بالأساليب الأخرى المماثلة.

يكمن سر هذا النهج الجديد في طريقة ترتيب أدق وحدات البناء في السطح الخارق، المعروفة باسم الذرات الفوقية. تُرتب هذه الذرات بقرب كافٍ بحيث تندمج معًا، مما يؤثر بالتالي على كيفية معالجة الضوء أثناء مروره.

النتيجة النهائية لكل هذه الأبحاث المعقدة هي تحكم أكثر دقة في كيفية انتقال الضوء. وبما أن الضوء يلعب دورًا محوريًا في كل شيء، بدءًا من الإنترنت عريض النطاق وصولاً إلى الحوسبة الكمومية، فإن التطبيقات المحتملة لهذه التكنولوجيا واسعة النطاق.

ليست هذه الطريقة الوحيدة التي اكتشفها العلماء لإبطاء الضوء بشكل كبير، فوق ما يحدث في مواد طبيعية مثل الماء، لكن فعاليتها وإمكانية توسيع نطاق استخدامها تجعلها خيارًا مثيرًا للاهتمام يستحق المزيد من البحث والدراسة.

صرح الباحثون: "تفتح دراستنا الباب أمام طريق جديد لتعديل تدفق الضوء داخل الأسطح الخارقة".