إنجاز بحثي عالمي لبرنامج التوأمة العالمية بجامعة الملك سعود

سجل فريق علمي دولي مكون من جامعة الملك سعود ومعهد ماكس بلانك للبصريات الكمّية في قارشنق بألمانيا إنجازاً علمياً تمثل في الكشف عن التأخير الزمني لتحرير الإلكترونات من الذرّات عند استخدام نبضات ضوئية من الليزر. وأدى هذا الاكتشاف الذي نشر في مجلة العلم Science التي تصدر عن الرابطة الأمريكية لتقدم العلوم وأبرزته على غلافها، إلى قياس أقصر زمن ملاحظ في الطبيعة حتى الآن في إنجاز عالمي غير مسبوق. وأشارت المجلة التي تحدثت عن هذا الإنجاز إلى أن اكتشاف الظاهرة الكهروضوئية في بداية القرن الماضي أحدث ثورة في علم الفيزياء، وأدى إلى ولادة ميكانيكا الكم، مبينة أنه حتى اليوم فإن الإثارة والانبعاث الإلكتروني الضوئي من الذرات بواسطة الضوء لا يزال إحدى أهم ظواهر فيزياء ميكانيكا الكم التي تفترض أن تحرر الإلكترون من الذرة، ويحدث دون تأخير زمني عن امتصاص جسيمات الضوء (الفوتون) وعرف بالزمن «صفر». وأوضحت أنه عندما تمتص الذرّات الضوء تستثار الإلكترونات التي تدور حول الأنوية فإذا كانت جسيمات الضوء (الفوتونات) تحمل طاقة كافية، فإنه من الممكن أن تتحرر الإلكترونات من الذرّة، حيث يعرف هذا التأثير بالانبعاث الإلكتروني الضوئي والذي وضّحه العالم الشهير «آينشتاين» منذ أكثر من مائة عام، مفيدة أنه منذ ذلك الوقت وحتى الآن كان الافتراض السائد أنه بعد لحظة امتصاص الفوتون من الذرة فإن الإلكترونات تتحرر مباشرة منها؛ أي أن الزمن بين وصول النبضة الضوئية (الفوتون) وانبعاث الإلكترون يساوي صفراً، لكن الفريق العلمي في معمل الفيزياء للزمن المتناهي في الصغر (أوتوثانية) التابع لمعهد ماكس بلانك للبصريات الكمية، ومن جامعة لاودنق ماكسميلان في ميونخ بقيادة الأستاذ الدكتور فيرنس كراوس والدكتور عبدالله الزير من جامعة الملك سعود في الرياض ومتعاونين من النمسا واليونان، قاموا باختبار هذه الفرضية حديثاً، ليتبين أن هناك فارقاً زمنياً قصيراً جداً، يساوي تقريباً 20 أوتوثانية (أوتوثانية = جزءاً من مليون بليون من الثانية)، وهذا الاكتشاف ينقض الفرضيات السابقة من أن الإلكترونات تتحرر من الذرة فور امتصاصها نبضة الضوء. وفي التجارب التي أجراها الفريق الفيزيائي أطلقت نبضات من ضوء ليزر الأشعة تحت الحمراء القريبة التي تدوم فترة أقل من أربع فيمتوثانية (فيمتو = جزءاً من ألف مليون مليون من الثانية) على ذرات غاز النيون، وتم في الوقت نفسه تسليط نبضات ضوئية من ليزر الأشعة الفوق بنفسجية البعيدة زمن بقائها أقل من 200 أوتوثانية على الذرات محررة الإلكترونات من الذرة، سواء من المدارات الخارجية 2p أو من المدارات الداخلية 2s للذرة. وباستخدام الأشعتين بالتزامن تمكن الباحثون من قياس الزمن بين امتصاص الإلكترونات للفوتونات وتحرر الإلكترونات من الذرات. وقد أظهرت نتائج التجربة أن الإلكترونات قد تحررت من الذرات بفارق زمني يقدر بعشرين أوتوثانية. وأوضح الدكتور مارتن شولز من معمل فيزياء الأوتوثانية ذلك بقوله: «يبدو أن الإلكترونات تتردد في اتخاذ قرار المغادرة من الذرات بمقدار هذا الزمن». كما قال الدكتور عبدالله الزير: «إن أبحاثنا المشتركة ألقت الضوء على تفاعل الإلكترونات بعضها مع بعض في المقياس الذري، وإن تقنية القياس الأسرع في العالم جيدة بما فيه الكفاية، وإن قياس زمن «العشرين أوتوثانية» في زمن تحرر الإلكترونات هو أقصر فترة زمنية على الإطلاق تم قياسها مباشرة»، مشيراً إلى أن هذا الإنجاز البحثي العالمي سوف يسجل باسم الوطن ممثلاً بجامعة الملك سعود. ويعد هذا الإنجاز البحثي إنجازاً لبرنامج التوأمة العالمية بجامعة الملك سعود ويهدف إلى التعاون العلمي مع الجامعات والمعاهد والمراكز البحثية العالمية المرموقة في النواحي العلمية المستهدفة.
الجدير بالذكر أن جامعة الملك سعود أنشأت معملاً عن بعد (ساتلايت لاب) بالاشتراك مع معهد ماكس بلانك للبصريات الكمية؛ وذلك لتفعيل التعاون البحثي المشترك في مجال أبحاث الليزر المتقدمة جداً.