أثبتت دراسة جديدة وجود 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 Guangxi والأكاديمية الصينية للعلوم، إن طريقتهم يمكن أن تفيد الحوسبة والاتصالات البصرية.

علماً أن الضوء يتحرك عبر الفراغ بسرعة واحدة فقط هي 299.792 كيلومتراً (حوالى 186.000 ميلًا) في الثانية. ومع ذلك، إذا قمنا برمي مجموعة من المجالات الكهرومغناطيسية في مسارها، مثل تلك المحيطة بالمادة العادية، فإن تلك السرعة غير العادية تبدأ في التباطؤ.

Have you ever wanted to recreate the light speed effects of Star Wars or Star Trek in your Unity projects? In this video I will show you how to do it using the Unity particle system! Get ready to see how to create these amazing visual effects. Link https://t.co/dtUs6CmcJQ #unity pic.twitter.com/aVa47xcZL0

— Juanrafael Hernandez (@JuanrafaelHer20) August 9, 2024

وتعمل معظم المواد الشفافة على إبطاء سرعة الضوء بنسبة ضئيلة. إنها التغيرات في السرعة التي تسبب انحناء الضوء أثناء انتقاله من وسط إلى آخر. غير أن وضع المكابح يتطلب مواد خاصة مثل البلورات الضوئية أو حتى الغازات الكمومية شديدة البرودة.

وفي هذا الإطار، كتب الباحثون في ورقتهم المنشورة "نتصور أن عملنا سيفتح مجالا جديدًا تمامًا لتحقيق تفاعلات فائقة القوة بين الضوء والمادة في الرقائق الضوئية النانوية".

الشفافية المحرَّضة كهرومغناطيسياً

وتعتمد الطريقة الجديدة على ما يُعرف بـ"الشفافية المحرَّضة كهرومغناطيسياً" (EIT)، والتي تستخدم حيلة ذكية بالليزر للتلاعب بالإلكترونات داخل غاز محبوس في فراغ، ما يحولّه بشكل أساسي من معتم إلى شفاف. وهذا يعني أن ضوء الليزر يستطيع النفاذ من خلال المادة، ولكن بسبب طريقة التلاعب به، يتباطأ أيضاً. وهذا يجعله مثيراً للاهتمام بالنسبة للفيزيائيين، ولكن هذه الطريقة تعني أيضاً فقدان الكثير من الضوء والطاقة أثناء العملية.

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 تمتلك خصائص لا مثيل لها في الطبيعة).

اقرأ أيضاً: فلسفة الزمن و علوم الفيزياء

والجدير بالذكر، أن الأسطح الخارقة التي صممها الفريق مصنوعة من طبقات رقيقة جداً 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.

كيفية "تعامل" الضوء مع المادة

إن مفتاح النهج الجديد هو الطريقة التي يتم بها وضع أصغر وحدات البناء في السطح الخارق (المعروفة باسم الذرات الفوقية أو الميتا -ذرات). وفي هذه الحالة، فهي قريبة بما يكفي للاندماج معتً. وهذا يؤثر على كيفية "تعامل" الضوء مع المادة أثناء مروره عبرها.

Wikipedia updated at the speed of light. 🤣 pic.twitter.com/8YRQehmOAX

— TakeADeepBreath (@DeeepTake) August 10, 2024

والنتيجة النهائية هي أن كل هذا العلم المعقّد يتحكم بشكل أفضل بكيفية انتقال الضوء. ونظرًا لأن الضوء يلعب دوراً رئيسيًا في كل شيء بدءاً من الإنترنت عريض النطاق وحتى الحوسبة الكمومية، هناك العديد من التطبيقات المحتملة.

لم يقتصر عمل العلماء على طريقة واحدة لإبطاء الضوء أكثر من المعتاد، لكن هذه الطريقة تحديداً تُبرز مدى فعاليتها وإمكانية تطبيقها على نطاق واسع، ما يجعلها محط اهتمام كبير لمزيد من البحث.

وخلص الباحثون إلى القول "مع هذه النتائج، تفتح دراستنا طريقًا جديدًا لتكييف تدفق الضوء في الأسطح الخارقة".