عندما تدور الذرات عكس التوقعات

لغز حيّر الفيزيائيين أكثر من مئة عام

تخيل أنك تدور عجلة دراجة بسرعة. تشعر بأنها تقاوم وتتصرف كأن لها إرادة خاصة. هذه القوة تُسمى الزخم الدوراني. وهي خاصية أساسية في الكون يأخذها العلماء على محمل الجد.

في عام 1915، أجرى أينشتاين وزميله تجربة أثبتت أن المغناطيسية مرتبطة بالحركة الدورانية. لكن أحداً لم يرَ هذه الحركة داخل المواد على مستوى الذرات.

حتى الآن.

ليزر قوي يجعل الذرات تهتز

فريق بحثي من ألمانيا وهولندا استخدم نبضات ليزر خاصة في نطاق التيراهرتز. هذه النبضات تشبه ضوءاً قوياً يحرك الذرات بحركة دائرية داخل البلورة.

أطلقوا نبضة أولى لتبدأ الذرات بالدوران، ثم نبضة ثانية ليرصدوا كيف ينتقل هذا الدوران إلى الذرات المجاورة. كأنهم يراقبون موجة تنتقل داخل المادة لحظة بلحظة.

الدوران ينقلب

الغريب أن الدوران انقلب. ما كان يدور باتجاه عقارب الساعة أصبح يدور عكسها.

السبب يكمن في تركيب البلورة نفسها. فبعض البلورات تجعل الدوران في الاتجاهين متكافئين بسبب تناظرها. وعندما ينتقل الزخم الدوراني بين هذين الوضعين، يظهر الأمر كأنه انعكاس.

1 + 1 = −1

في مادة تُدعى سيلينيد البزموت، حدث شيء أغرب. اجتمع دورانان لينتجا دوراناً واحداً في الاتجاه المعاكس وبسرعة مضاعفة. يُسمى هذا "عملية أومكلاب". وهي عملية معروفة في الفيزياء، لكن رصدها مباشرة مع الزخم الدوراني يُعد جديداً.

لماذا يهم هذا؟

قد يساعد هذا الاكتشاف في تصميم مواد كمومية أفضل، وربما يؤدي يوماً إلى حواسيب كمومية أسرع أو ذواكر أكثر كفاءة.

لكن الأجمل أن نفهم كيف تعمل الطبيعة. تقول إحدى الباحثات: «أجد أناقة استثنائية في كيف تتحكم تناظرات الطبيعة في قوانين الفيزياء».

أحياناً يكفي أن نرى القواعد وهي تتحقق أمام أعيننا.