حسنًا، أحتاج إلى إخباركم بشيء حدث للتو في مجال الفيزياء، وصدقوني، إنه من تلك الاكتشافات التي تجعلكم تعيدون النظر في كل ما كنتم تظنون أنكم تعرفونه عن الكون.
لقد أثبت العلماء للتو — ولأول مرة في التاريخ — إمكانية جعل الموصلات الفائقة أقوى من خلال التلاعب بالفضاء "الفارغ" المحيط بها. ليس عن طريق تغيير المادة، ولا عن طريق تبريدها أكثر، بل فقط من خلال استغلال الغرابة الكمومية الموجودة في ما كنا نسميه سابقًا بالفراغ.
أولاً، لنتحدث عن "اللاشيء"
ربما تتخيل الفراغ — الفضاء الفارغ — على أنه، حسنًا، فارغ. لا شيء هناك. صفر.
لكن الفيزياء الكمومية تخبرنا منذ عقود بأن هذا غير صحيح على الإطلاق. فحتى أكثر الفضاءات خلوًا imaginable (يمكن تصورها) تعج بالنشاط. الأمر يشبه كيف قد تظن أن قاع المحيط صامت تمامًا، بينما هو في الواقع مليء بالأصوات التي لا يمكنك سماعها.
إليكم كيف يعمل ذلك (بلغة بسيطة): وفقًا لمبدأ ما يُعرف بمبدأ الريبة لهايزنبرغ، لا تستطيع الطبيعة إلا أن تكون غامضة قليلاً عند أصغر المقاييس. حتى عندما تحاول تجريد منطقة من الفضاء من كل شيء، لا تزال تحصل على ما يُسمى "التقلبات الكمومية" — حيث تظهر الجسيمات والجسيمات المضادة بشكل عفوي ثم تفني بعضها البعض في غمضة عين.
هذه ليست مجرد تأملات نظرية. فقد قام العلماء بقياس هذه التأثيرات في ظواهر مثل تأثير كازيمر وشيء يُسمى إزاحة لام. إنها حقيقية، وقابلة للقياس، وتبين الآن أنها potentially مفيدة.
ماذا عن الموصلات الفائقة؟
دعوني أعطيكم النسخة المختصرة: الموصلات الفائقة هي مواد يمكنها توصيل الكهرباء بمقاومة تساوي صفرًا تمامًا. صفر! لا فقدان للطاقة على شكل حرارة. لا شيء على الإطلاق.
المشكلة؟ إنها تفعل ذلك فقط عندما تكون فائقة البرودة — غالبًا أبرد من الفضاء الخارجي. نحن نتحدث عن درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق، أي ناقص 459 درجة فهرنهايت. وهذا غير عملي لمعظم التطبيقات اليومية.
والآن، هنا يكمن الإثارة.
التجربة التي تحدى التوقعات
قرر فريق من الباحثين من الصين، بالتعاون مع فرانك ويلتشك (نعم، فرانك ويلتشك الحائز على جائزة نوبل) وزملاء من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعة شنغهاي جياو تونغ، تجربة شيء جريء: أرادوا معرفة ما إذا كانت تقلبات الفراغ الكمومي يمكن أن تؤثر فعليًا في الموصلية الفائقة.
كانت فكرتهم أنيقة في بساطتها. أخذوا مادة موصلة فائقة تسمى نيوبيوم ديسيلينيد (NbSe2، إذا كنتم تتابعون) ووضعوها داخل شيء يُسمى رنان شق حلقي يعمل بتيراهيرتز. بلغة غير متخصصة، هو تجويف صغير مصمم خصيصًا يعيد تشكيل البيئة الكهرومغناطيسية حول الموصل الفائق.
قارن الباحثون سلوك المادة مع وجود هذا التجويف ودونه. وهنا المفاجأة: درجة الحرارة الحرجة للموصلية الفائقة ارتفعت فعليًا عندما وُضعت المادة داخل التجويف.
وليس بمقدار ضئيل أو غير ذي معنى. نحن نتحدث عن زيادة بنسبة 5.4% في درجة الحرارة الحرجة. قد لا يبدو هذا دراماتيكيًا، لكن في عالم أبحاث الموصلية الفائقة، هذا أمر كبير نوعًا ما.
درجة الحرارة الحرجة هي الدرجة التي تتحول عندها المادة إلى موصل فائق. لذا، إذا استطعنا دفع هذا الحد إلى الأعلى، فنحن نجعل النظام بأكمله أكثر عملية.
ما الذي يحدث فعليًا هنا؟
هنا يصبح الأمر مثيرًا حقًا. وجد الباحثون أن التحسين لم يكن عشوائيًا — بل أظهر نمطًا رنينيًا محددًا يعتمد على تردد التجويف. وهذا يشير بقوة إلى أن الحالة الموصلة فائقة وأوضاع التجويف تتحدث مع بعضها البعض، وتتزاوج بطريقة ميكانيكية كمومية.
فكروا في الأمر هكذا: تخيل أنك تدفع شخصًا على أرجوحة. إذا دفعت بإيقاع صحيح، يرتفع الأرجوحة أكثر فأكثر. لكن إذا دفعت بإيقاع خاطئ، فإنك تجعل الأمور تتذبذب فقط. يبدو أن التجويف والموصل الفائق لديهما إيقاعهما المتزامن الخاص