ليش هذا الكاشف يغيّر اللعبة؟

خليني أقولكم شي صار في عالم العلم، وحسبي الله على كل واحد ما انبهر به.

في باحثين من مرفق BESSY II للإشعاع السينكروتروني في ألمانيا، بدأوا يستخدمون كاشف أشعة سينية جديد حساسيته ألف مرة أكبر من اللي كانت متوفرة قبل. أيوه، سمعتوا صح — ألف مرة. مو غلط طباعة.

تخيلوا معي: لو عندك سماعة hearing aid تلتقط الهمس، وبعدين أحد صنع وحدة أحسن بألف مرة — فجأة تصير تسمع أشياء ما كانت واضحة أبداً. هذا بالضبط اللي يصير هنا، بس بدال الصوت نتكلم عن التقاط فوتونات من الأشعة السينية.

كيف يشتغل؟

اسم الجهاز TES spectrometer — اختصار لـ Transition Edge Sensor. وطريقة عمله شيء عجيب فعلاً.

داخل الجهاز 248 حساس صغير. لما الأشعة السينية تصيب عيّنة وتطلق فوتونات، هذي الفوتونات تصطدم بالحساسات. واللي يميّز الجهاز إن الحساسات تُحفظ بدرجة 25 ملي كلفن — يعني حوالي -273 درجة مئوية. وهذا أبرد من الفضاء الخارجي. يبرّدون بهالطريقة باستخدام ما يُسمّى الثلاجة المخفّفة dilution refrigerator، ونفس التقنية المستخدمة في الحوسبة الكمومية.

بهالحرارة الخيالية، الحساسات تصير فائقة التوصيل. لما فوتون يصيب واحد منها، يسبب زيادة طفيفة في الحرارة، وهذا يخلّي حالة التوصيل الفائق تتغير ويختلف المقاومة الكهربائية. العلماء يقيسون هالتغيير بدقة خيالية باستخدام دائرة تسمى SQUID.

فكروا فيه مثل ما لو عندكم 248 مقياس حرارة فائق الدقة، يقدر يكشف حرارة فوتون واحد يرتطم فيه. جميل أليس كذلك؟

وش يقدر العلماء يسوون فيه؟

وهنا يبدأ الجزء المثير.

تقنيات تحليل الأشعة السينية التقليدية مثل XES و RIXS كانت تحتاج كميات هائلة من الفوتونات. يعني الباحثين كان焊ودهم يدرسون بس العينات المركّزة أو المواد السميكة. لو عندك عيّنة رقيقة جداً — مثل طبقة ذرية واحدة — كانت الأمور صعبة جداً.

لكن الحين؟ كل شيء تغير.

العلماء يقدرون يدرسون الحين:

• مواد بسمك ذرة وحدة (تخيلوا طبقات ذرية مفردة)
• البنى النانوية
• عينات مخفّفة جداً اللي ما كانت تعطي إشارة واضحة قبل
• الخصائص الكمومية للمواد
• تطبيقات في الكيمياء والبيولوجيا الجزيئية

اللي لفت انتباهي إن التجارب اللي كانت تستغرق ساعات صاروا يخلصونها في دقائق. وهذا مو تحسين بسيط — هالشي يفتح أبواب لفئات كاملة من التجارب اللي ما كانت عملية أبداً قبل.

النادی المحصور يكتسب عضو جديد

شيء ممتع: قبل هالتركيب، كان موجود فقط خمسة أجهزة TES spectrometer تعمل في مرافق الأشعة السينية حول العالم. أربعة في أمريكا، وواحد في اليابان. بس.

BESSY II صار الآن موطن الوحيد من هالأجهزة في مرفق سينكروتروني في كل أوروبا. وهالشي يخلّيه مميز جداً وجذاب للباحثين من أنحاء القارة.

الجهاز مثبّت في خط الحزمة UE52-SGM، اللي يوفر تحكم كامل بالاستقطاب. الخطط المستقبلية تشمل تحسين قدرات إعداد العينات وإمكانية دراسة المواد في المجالات المغناطيسية.

ليش الناس العاديين لازم يهتمون؟

أعرف وش تقولون — هالكلام يبيّن "معطف المختبر والأنابيب"، بس ليش أهتم؟

هذي الأسباب: إننا نفهم المواد في المستوى الكمومي هو كيف نبني بطاريات أحسن، ونطوّر أدوية جديدة، ونصنع خلايا شمسية أكثر كفاءة، ونصمّم حواسيب أسرع. لما نقدر ندرس مواد كانت رقيقة أو مخفّفة جداً لتحليلها قبل، نفتح احتمالات جديدة للتقنية اللي ممكن توثر على حياتنا كلها.

وبالإضافة لكل هالشي، فيه شيء جميل في براعة الإنسان — إننا نقدر نبرّد شي لحرارة أبرد من الفضاء ونستخدم الفيزياء الكمومية لكشف فوتونات منفردة تصطدم بحساس. هالشي يخلّي العلم يبدو سحراً، بس هو حقيقي.

الفريق الحين يستقبل مقترحات بحثية من العلماء اللي يبيون يستخدموا هالجهاز الرائع. صادق ما أقدر أنتظر وش الاكتشافات اللي ستخرج منه.