حطم الباحثون الرقم القياسي لأقصر نبضة للضوء

أصبحت الومضة الواحدة من ليزر الأشعة السينية ذات أقصر نبضة للضوء من نوعها في تأريخ علم البصريات (فقط في ٥٣ أتو ثانية)، محطماً الرقم القياسي السابق بـ(١٤ أتو ثانية).
إن هذا التسجيل لنبضة الضوء ليس فقط محضٌ للفخر، إنما أيضاً سيسهم ذلك في تطور البحوث التي تحتاج دراسة حالات وسلوكيات الجسيمات داخل الذرات والجزيئات داخل الامواج، وبهذا سيفتح أبواباً لأنواع جديدة من التكنولوجيا.
وكانت الحدود على نبضات الضوء تتضيق بإنتظام منذ تطور الليزر لأول مرة في الستينات، وقد قطعنا شوطاً طويلاً منذ تلك النبضات (ملي ثانية) الأولى، مع مدة قياسها حالياً بضع عشرات كوينتيليون من الثانية.
وأيضاً حطم الباحثون من (جامعة سنترال فلوريدا University of Central Florida) الرقم القياسي السابق (بقدر ٦٧ أتو ثانية) منذ عام ٢٠١٢ حيث استعانوا فقط بنبضات الأشعة فوق البنفسجية آنذاك، ولكنهم في آخر تجربة لهم استطاعوا أن يولدوا نقطة ضوء متناهية الصغر ومع ضوء أكثر شدة من جهة طيف الأشعة السينية وذلك بعد تقصير الطول الموجي والنبضة.

ومن منظور آخر لفهم هذه السرعة، فإن الضوء في ثانية واحدة يمكن أن يسافر حول الارض (٧.٥ مرة). وفي٥٣ أتو ثانية، تصور أن الضوء سيسافر فقط مسافة تقدر بحوالي ألف من عرض شعرة الانسان.
وقد استُخدِم الضوء ذو النبضات القصيرة في التطبيقات الفيزيائية، حيث ذكر الباحث زنكو شانك (Zenghu Chang): “أن الأتو ثانية للأشعة السينية الضعيفة يمكن ان تستعمل في اطلاق فديو بطيء الحركة للإلكترونات والذرات في الجزيئات البيولوجية الموجودة في الخلايا، فبدلاً من تطوير اللوحات الشمسية يمكن فهم آلية عمل البناء الضوئي. وعلى مستوى الذري فأن هناك قياسات أسهل مقارنةً بالوحدات الشائعة إذ انها تستعمل لـ(٢٤ أتو ثانية) صغيرة فلهذه النبضات دور في حل مسألة سرعة الكاميرا في تصوير أحداث فائقة السرعة كفرقعة البالون أو إطلاق النار”.
وقد أنجزت النتائج السابقة وذلك من خلال استعمال طاقة محددة في النبضة ما يقارب (١٠٠ الكترون فولط) فقام الباحثون بتعديل العملية ورفع كمية الطاقة في الذبذبة الضوئية من خلال إصدار إنفجار وقتي.
إن للذبذبات القصيرة ميزة مذهلة إذ تعد واحدة من بين الاشعة السينية الاكثر شدة من الضوء والذي يقدر بـ(١٢٤ الكترون فولط)، حيث إن الإلكترونات هي الوحيدة القادرة على الانتقال لمدارات النواة وقادرة ايضاً على استيعاب كوانتا محددة أو وحدات من الطاقة الضوئية.
هناك طريقة واحدة استطاع بها الفيزيائيون تصور طاقة معينة تحمل الكترونات من المكان التي جائت منه باستعمال الاشعة السينية.

بينت هذه الاشعة بأن المدارات مع الأحرف والأرقام k1 في البداية وبعدها L1 وL2 وL3 وM1.

إن الوصول لطاقة الإرتباط بالمدار K-edge) K) لذرة الكاربون هو إنجاز كبير إستطاع من خلاله الباحثون إلتقاط الألكترونات القريبة من نواة ذرة الكاربون ومراقبة تأثير pinball على حركة الألكترونات، وقال الباحث تشانك: “أن طاقة الفوتون لـنبضة الاشعة السينية في أتو ثانية أقوى بضعفين من مصادر الضوء السابقة في الأتو ثانية وتصل لطاقة K-edge (٢٤٨ الكترون فولط) الأمر الذي يجعل من الممكن الفحص والتحكم بديناميات الألكترون الأساسية كعمليات تأثير أوجيه”.
إن الضوء الذي طاقته مساوية لطاقة k-edge يسمح للباحثين بإرسال نبضات خلال ما يعرف بـ(water window) وهي منطقة الطيف الكهرومغناطيسي التي يصبح فيها الماء شفافًا للأشعة السينية الضعيفة.
ذكر ريتش هاموند (Rich Hammond) المسؤول عن تمويل هذا البحث لمكتب أبحاث الجيش الامريكي: “ان هذا يفسح المجال للعديد من التجارب الجديدة ويدفع مستقبل علم الفيزياء نحو الامام مع القدرة على فهم المسألة بشكل أفضل عما في السابق”.

تقدم التكنولوجيا يعني حتى أدق العمليات الذرية تحتاج إلى أن تؤخذ بعين الاعتبار، كمحاولة لفهم سلوك الألكترونات نسبياً والذرات المعقدة كذرة الكاربون والذي من المحتمل أن يفتح ذلك آفاقاً جديدة للضغط بشكل أكبر على الألكترونات والكشف عن أسس الكم الخاصة بعلم الاحياء.

ترجمة: Dalia Nabel

تدقيق: Asma’a Al-Nuaimi

تصميم: Tabarek A. Abdulabbas

المصدر: هنا