لأول مرة.. مشاهدة تحرك إلكترونات الذرّة في الزمن الحقيقي

تمكن فريق بحثي عالمي بقيادة البروفيسور فيرنس كراوس من معمل الفيزياء للزمن المتناهي في الصغر (الأوتوثانية) في معهد ماكس بلانك للبصريات الكمية، بالتعاون مع الدكتور عبدالله الزير من جامعة الملك سعود، ومختبر أرجون الوطني في كاليفورنيا، بيركلي، وجامعة لاودنق ماكسميلان في ميونخ - الولايات المتحدة الأمريكية، من مشاهدة، ولأول مرة، ما يحدث من السلوك الميكانيكي الكمي لغاز نوبل بمجرد إخراج أحد إلكتروناته من مداره. وقد استطاع الباحثون من تحقيق هذه النتائج باستخدام نبضات ضوئية لا يزيد زمن بقائها على 100 أوتوثانية تقريبًا، حيث نجحوا في مشاهدة حركة سحابة الإلكترون مع الزمن عندما يتم إخراج أحد الإلكترونات من مداره بواسطة نبضات من الضوء، وقد تم نشر هذا الاكتشاف في مجلة (nature) بعددها الصادر في 5 أغسطس 2010م. التي تصدر عن مجموعة الطبيعة التابعة لدار ماكميلان للنشر وأبرزته على غلافها إلى مشاهدة تحرك إلكترونات الذرّة في الزمن الحقيقي للمرة الأولى على الإطلاق في إنجاز عالمي غير مسبوق.
وتعتبر مجلة الطبيعة (نيتشر) إحدى المجلات العلمية الأكثر شهرة في العالم وذات التصنيف الأكثر مرجعية من مجلات العلوم متعددة التخصصات، نظرا للقيود الصارمة المفروضة علي المقالات المنشورة بها. ومجلة الطبيعة تنشر مقالات البحوث العلمية الأصيلة التي تحقق تقدما كبيرا في أي فرع من فروع العلم يشاركها في المنافسة مجلة العلوم (ساينس).
ويتعلق هذا الاكتشاف بدراسة الجسيمات الكمية، مثل الإلكترونات، سريعة التأثر والمحكومة بقوانين ميكانيكا الكم، التي لا تزيد مدة حركتها في مدارها داخل الذرة على جزء من الأوتوثانية (الأوتوثانية تساوي جزءا من مليون بليون من الثانية). فطبيعة عمل هذه الجسيمات الأولية داخل محيط الذرة يعتريها –حاليًا- الكثير من الغموض، واتضح أنه لا يمكن تحديد كمية حركة جسيم ما ومكانه معًا في الوقت نفسه، ولهذا توصف حركة هذه الجسيمات في ميكانيكا الكم بواسطة سحابة تدعى “كثافة الاحتمال للجسيمات”.
وبذلك تمكن الفريق البحثي العالمي من المشاهدة المباشرة والتصوير الافتراضي لهذا الخفقان، بواسطة نبضة ضوئية أخرى في مدى الفوق - بنفسجي لا يتعدى زمن بقائها 150 أوتوثانية. ووجد من ذلك، أن موضع الفجوة داخل الأيون، أو بمعنى آخر موضع الشحنة الموجبة، تتحرك ذهابًا وإيابًا بين تمدد وانقباض في الشكل وبزمن دوري قريب من ستة آلاف أوتوثانية. ويشرح قائد البحث في معهد ماكس بلانك الدكتور إليفثيريوس قوليلماكس أنه بهذه الطريقة “تمكنا، ولأول مرة على الإطلاق، من النجاح في مشاهدة حركة توزيع الشحنة داخل الذرة مباشرة”.