لأول مرة في التاريخ… الفيزيائيون يلتقطون صورًا حقيقية لذرات طليقة

منذ عقود، يحلم علماء الفيزياء بالتقاط صور واضحة للذرات الفردية وهي تتحرك بحرية، ويبدو أنهم الآن قد حققوا هذا الإنجاز التاريخي أخيرًا. للمرة الأولى في التاريخ، تمكن فريق من الباحثين الأمريكيين من تصوير ذرات متحركة دون قيود أو حواجز، فيما يمكن وصفه بالإنجاز الذي يفتح أبواباً واسعة لرؤية سهلة الفهم وظاهرة للعين المجردة نحو عالم فيزياء الكم المبهر والمعقد في آنٍ واحد.

أشبه بتصوير طائر نادر طال انتظاره في حديقة منزلك، كانت هذه الذرات من الصعب التحقق منها بشكل مرئي، رغم توقع وجودها نظرياً لعقود طويلة. لكن فريقًا من العلماء الأمريكان طور مؤخراً نظاماً يسمى "المجهر الذري"، الذي يتيح التقاط صور مباشرة لهذه الجسيمات الصغيرة داخل سحابة من الذرات، حيث تسبح بحرية وتتفاعل فيما بينها. بعد ذلك، يقوم شعاع ليزري خاص بتجميد حركة الذرات لحظياً لالتقاط صور عالية الوضوح، تمكن من رؤية كل ذرة بمفردها بوضوح مذهل.

وهذا يربط بين النجاح الذي حققه الباحثون، وإمكانية فهم الظواهر الكمية الشهيرة التي لطالما وصَفَتها النظريات من قبل، مثل ظاهرة "تكاثف بوز آينشتاين"، وهي حالة استثنائية تضم نوعين من الجسيمات: البوزونات والفيرميونات، وتتسم بمواصفات مدهشة على المستوى الذري. إضافة لذلك، تمكن العلماء أيضًا من تصوير موجة "دي بروي"، نسبة لعالم الفيزياء الفرنسي لويس دي بروي، وهي موجة كمية ترتبط بجسيمات البوزون التي تتحرك معاً بصورة جماعية.

وفي تطور يعزز قيمة هذا البحث كثيراً، أوضح مارتن زويرلاين، الفيزيائي في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT)، أن الطرق التقليدية سمحت بمشاهدة الغيمة أو السحابة في المستوى الكلي، لكنها لم تكن كافية أبداً لرؤية المكونات الفردية الدقيقة التي تشكل الذرات بداخلها، مشيراً إلى أن "ما نشاهده اليوم جميل حقًا، إذ نرى ذرات فردية بوضوح ونراقب كيف تنظم نفسها وتتفاعل في هذه الأشكال الرائعة التي طالما درست في الكتب الدراسية فقط".

وهذا يربط بين ما هو عملي وعلمي، فتصوير الذرات بهذا المستوى يعني فرصة ذهبية لدراسة تفاعلات المادة على مستوى دقيق للغاية، ودفع حدود فهمنا للكون وتكويناته الأولية بشكل أكبر. إن الذرات، التي لا يتجاوز حجم الواحدة منها عُشر النانومتر (مليون مرة أصغر من سماكة خصلة شعر الإنسان)، تعتبر تصويرها وتسجيل حركتها تحدياً هائلاً، ولكن النتائج تستحق كل هذا الجهد.

وهذا يأخذنا نحو المستقبل القريب، حيث يرغب العلماء في استخدام هذه التقنية المبتكرة لمراقبة ودراسة السلوك الذري بدقة أعلى في حالات نادرة وظروف أدق، خاصة مجالات متقدمة مثل "فيزياء هول الكمومية"، حيث تتفاعل الإلكترونات بشكل استثنائي مع المجالات المغناطيسية.

وفي نهاية المطاف، تذكّر هذه الصور الواضحة، كما وصفها العالم ريتشارد فليتشر من معهد ماساتشوستس، بأن الفيزياء ليست مجرد معادلات رياضية أو نظريات معقدة فقط، بل هي تعبير واقعي عن مكونات العالم من حولنا.

هذا الإنجاز الرائد نشر مؤخراً في المجلة العلمية الشهيرة "Physical Review Letters"، ومن المنتظر أن يساهم بشكل ملموس في الفهم الأوسع لعجائب عالم الكم.

ولتعزيز روعة هذه النتائج وإيصالها للقارئ بشكل أكثر فعالية، يمكن الاعتماد على بعض الصور والرسوم التوضيحية التي تجعل من مفهوم "موجة دي بروي" أو "تكاثف بوز آينشتاين" أقرب وأسهل استيعابًا، مع تجنب تعقيد التفاصيل النظرية ونشر مفاهيم دقيقة وبسيطة للقارئ العام.