علماء ينجحون بإبطاء الضوء 10000 مرة !

أثبتت دراسة جديدة طريقة جديدة لإبطاء سرعة الضوء في سيناريوهات معينة؛ وهي تعد بأن تكون واحدة من أكثر الأساليب المفيدة حتى الآن.

ويقول الباحثون الذين يقفون وراء هذا الإنجاز، من جامعة قوانغشي والأكاديمية الصينية للعلوم؛ إن طريقتهم يمكن أن تفيد الحوسبة والاتصالات البصرية.

ويتحرك الضوء عبر الفراغ بسرعة واحدة فقط هي 299.792 كيلومترًا (حوالى 186.000 ميلًا) في الثانية. ومع ذلك، إذا رميت مجموعة من المجالات الكهرومغناطيسية في مسارها، مثل تلك المحيطة بالمادة العادية، فإن تلك السرعة غير العادية تبدأ في التباطؤ.

وتعمل معظم المواد الشفافة على إبطاء الضوء بنسبة ضئيلة؛ إنها التغيرات في السرعة التي تسبب انحناء الضوء أثناء انتقاله من وسط إلى آخر.

غير ان وضع المكابح يتطلب مواد خاصة مثل البلورات الضوئية أو حتى الغازات الكمومية شديدة البرودة.

وفي هذا الاطار، كتب الباحثون في ورقتهم المنشورة «نتصور أن عملنا يوفر اتجاهًا جديدًا تمامًا لتحقيق تفاعلات فائقة القوة بين الضوء والمادة في الرقائق الضوئية النانوية». وذلك وفق ما نقل موقع «ساينس إليرت» عن «Nano Letters».

وتعتمد الطريقة الجديدة على ما يعرف بالشفافية المستحثة الكهرومغناطيسية (EIT)، والتي تستخدم قدرًا ذكيًا من خداع الليزر لمعالجة الإلكترونات داخل الغاز المخزن في الفراغ، ما يحوله بشكل أساسي من معتم إلى شفاف؛ وهذا يعني أن ضوء الليزر يمكن أن يمر عبره، ولكن بسبب كيفية التلاعب به، فإنه يتباطأ أيضًا. وهذا يجعل التجربة مثيرة للاهتمام للغاية بالنسبة للفيزيائيين، ولكن هذا النهج يعني أيضًا فقدان الكثير من الضوء والطاقة.

ولتقليل هذه الخسارة وتحسين كفاءة النظام بأكمله، أخذ الباحثون بعض مبادئ EIT للتحكم في الضوء وصمموا مادة جديدة لإبطاء الضوء.

والمادة الجديدة عبارة عن نوع من الأسطح الخارقة (وهي بنية اصطناعية ثنائية الأبعاد لها خصائص لا مثيل لها في الطبيعة).

جدير بالذكر، كانت الأسطح الخارقة التي صممها الفريق مصنوعة من طبقات رقيقة جدًا من السيليكون؛ مثل رقائق الحوسبة. وقد تبين أنها أفضل بكثير من الخيارات الموجودة.

وبناءً على النتائج التي حصل عليها الباحثون، يمكن إبطاء الضوء بأكثر من 10000 مرة في هذا النظام.

وفي الوقت نفسه، يتم تقليل فقدان الضوء بأكثر من خمس مرات مقارنة بالطرق المماثلة الأخرى. إن مفتاح النهج الجديد هو الطريقة التي يتم بها وضع أصغر وحدات البناء في السطح الخارق (المعروفة باسم الذرات الفوقية). وفي هذه الحالة، فهي قريبة بما يكفي للاندماج معًا، ما يؤثر بدوره على الطريقة التي يتم بها التعامل مع الضوء أثناء مروره.

والنتيجة النهائية هي أن كل هذا العلم المعقد يتحكم بشكل أفضل بكيفية انتقال الضوء.

ونظرًا لأن الضوء يلعب دورًا رئيسيًا في كل شيء بدءًا من الإنترنت عريض النطاق وحتى الحوسبة الكمومية، هناك العديد من التطبيقات المحتملة.

ان هذه الطريقة ليست الوحيدة التي اكتشفها العلماء لزيادة إبطاء الضوء، بما يتجاوز التباطؤ الطبيعي الذي يحدث في مواد مثل الماء. لكن فعاليتها وقابليتها للتوسع تجعلها خيارًا واعدًا لمزيد من الدراسات.

وخلص الباحثون الى القول «مع هذه النتائج، تفتح دراستنا طريقًا جديدًا لتكييف تدفق الضوء في الأسطح الخارقة».