اكتشفت مجموعةٌ من الباحثين في معهد قطر لبحوث البيئة والطاقة، والمعهد الوطني لتكنولوجيا المعلومات والاتصالات باليابان، وشركة نيبون تليجراف آند تلفون كوربوريشن، بعض الحالات الجديدة من التفاعل بين الذرات والضوء. وقد نُشِرَ هذا الاكتشاف، خلال هذا الأسبوع، في مجلة «نيتشر فيزكس»، ذات الصيت العالي.
تعتمد التقنيات الضرورية للحياة العصرية، مثل النظام الزمني الذي يُقاس بساعة ذرية وأنظمة الاتصالات الآمنة ذات الكفاءة العالية في استخدام الطاقة، على العلوم الأساسية للتفاعل بين الضوء والمادة. على وجه التحديد فإن امتصاص وانبعاث الضوء من أي جهاز مبني على التفاعل بين الضوء والذرات. وهنا يبرز سؤال جوهري: «ما هي أعلى قوة يمكن الوصول إليها في التفاعل بين الضوء وذرة واحدة؟». حتى الآن، لم يتم التوصل إلى إجابة عن هذا السؤال، على الرغم من سنوات طويلة من البحث في هذا المجال.
بالنسبة إلى أبحاث معهد قطر لبحوث البيئة والطاقة، وتطويره لمواد جديدة للخلايا الشمسية، فإنه من الأهمية بمكان فهم التفاعلات التي تحدث بين الذرات والضوء. وبالإضافة إلى ذلك، قد يُسهم هذا الاكتشاف في تطوير تقنيات حديثة مبنية على أسس فيزياء الكم في عدة مجالات، مثل: الاتصال الكمي، أو المحاكاة الكَمية، أو الحوسبة الكَمية، أو علم القياس الكَمي.
هذا وقد أجرى الدكتور سهل الأشهب (وهو باحث أول في معهد قطر لبحوث البيئة والطاقة)، منذ بضع سنوات أبحاثًا نظرية حدَّد فيها شروطًا مطلوبة لتحقيق هذه الحالة الجديدة باستخدام دوائر كهربائية فائقة التوصيل. بناء على هذه الأبحاث أجرى معاونوه في المعهد الوطني لتكنولوجيا المعلومات والاتصالات باليابان عدة تجارب باستخدام أجهزة مُصنَّعة في مقرات كلٍّ من المعهد ذاته وشركة نيبون تليجراف آند تلفون كوربوريشن. وقد أدلى الدكتور سهل الأشهب، الذي قدَّم الأساس النظري والتفسير لهذه التجارب, بتعليقه قائلًا: «من الممكن فعليًّا للدوائر الكهربائية جيدة التصميم أن تفوق ما ظنه العديد من الناس حدودًا لا يمكن تجاوزها».
وأوضح الدكتور الأشهب أنه «من أجل التطبيقات التكنولوجية، قد ترغب أحيانًا في الحصول على أقوى تفاعلات ممكنة، كما تريد امتصاصًا وانبعاثًا سريعين للفوتونات (جسيمات عبارة عن أشكال كَمية للإشعاع الكهرومغناطيسي). وبطبيعة الحال، هناك حدود لمدى قوة هذا التفاعل، ولكن مع وجود النظم الاصطناعية حاليًّا، فإنه يمكننا تصميم تفاعلات قوية جدا. منذ أربعين عامًا اقترح بعض العلماء أنه إذا أمكنك زيادة قوة هذا التفاعل إلى درجة معينة، فستُكوِّن الذرات حالة جزيئية جديدة تتحد فيها الذرات مع الفوتونات. منذ ذلك الحين وحتى الآن، اختلف العلماء حول إمكانية تحقق هذا عمليًّا لأن توقعات النظرية تكون بالضرورة مبنية على بعض الإفتراضات التي لا تأخذ بعين الاعتبار جميع التفاصيل الواقعية. وبالفعل، أجابت تجربتنا عن هذا السؤال؛ حيث تمكنَّا من تصميم دائرة كهربائية تتفاعل فيها الدائرة مع الضوء بشكل هائل، ونجحنا في انتاج الحالة الجزيئية المُتوقَّعة».