كيفية صُنع مادة من الضوء

أولاً، ستحتاج إلى بعض الذهب، وكذلك بعض أجهزة الليزر.
————————————————————–
بقلم: ميغان غاربر
ترجمة: ندى محمد علاوي
بوستر: فريد مندلاوي
—————————
في عام 1934، طور غريغوري بريت وجون ويلير -فيزيائيان أمريكيان ساعدا في المضي قُدماً في صُنع القنبلة الذرية- نظرية: والتي تنص على إنهُ في ظروف خاصة جداً يُمكن جمع فوتوني ضوء لإنتاج إلكترون وبوزيترون*. كانت فكرة جريئة. تُشكل الألكترونات الغلاف الخارجي للذرّات. لذلك، تقترح نظرية بريت-ويلير إنهُ هناك طريقة لتحويل الضوء إلى مادة ملموسة.

على أية حال، إنها أيضاً كانت فكرة- كحال الكثير غيرها عندما نَتحدث في مجال فيزياء الجُسيمات – مَبنيّة على الحسابات فقط. لم يمتلك بريت و ويلير الكثير من الأمل بوجود ما يُثبت نظريتهم في محيط المختبر. نشرا عملهما. وأشارا إلى أن “محاولة مراقبة تشكيل الزوج في التجارب المختبرية سيكون أمراً ميؤوسأً منهُ” وبعد ذلك تابعا حياتهما المهنية.
ولكن، بعد ثمانون سنة, ادعى جيلاً آخر من العلماء أنهم أزالوا اليأس من المعادلة. حيثُ طور فريق من الباحثين في كلية آمبريال لندن نظاماً، كما صرحوا، لإثبات نظرية بريت-ويلير. يُعرف النظام بإسم وصفي مُبهج “مُصادم الفوتون- فوتون” وإنهُ- كما يوحي الإسم- سيوفر وسيلة لضغط الفوتونات (جزيئات الضوء) معاً للإختبار ما إذا كانت الألكترونات تُنتج فعلاً من التصادم.

نشر الفريق للتو عملهُ في مجلة (Nature Photonic). وفقاً لأبحائهم يمكنك تحويل الضوء إلى مادة عن طريق عملية إعادة صنع في محيط المختبر. وهي العملية التي حَدثت خلال الإنفجار الكبير. أولاً، كما يَشرح إيان سامبل من مجلة الغاردين، تُسخن الالكترون في لوح من الذهب. والذي يُنتج شعاعاً من الفوتونات عالية الطاقة. بعد ذلك تَصنع شُعاعاً أخر من خلال أخد كبسولات صغيرة من الذهب- أو ما تُسمى( hohlraum ) – جاءت التسمية من الألمانية تعني “غرفة فارغة”- ثم تُسخن شُعاع ليزر عالي الطاقة داخل الكبسولة، صانعاً سطوع مُكثف. ثم تُرسل الشعاع الأول من الفوتونات إلى داخل ال(hohlraum) . وتتصادم تياري الفوتونات. و وفجاءة: تظهر الألكترونات. يتحول الضوء إلى مادة. كما يفعل الساحر ستيلتسكين بذهبهُ. إلا أن العملية مُعاكسة وبتقنية أعلى قليلاً.

ليس الأمر بهذه السهولة، فهذهِ كيفية عملهُ من الناحية النظرية فقط. الحقيقة إن ماصنعه فريق كلية آمبريال هو عبارة عن خريطة لتحويل الضوء إلى مادة، إنهم غير متأكدين تماماً مالذي ستقود إلية هذه الخريطة. مع ذلك، تُشير حساباتهم إلى أن مصادم الفوتون-فوتون سينتج حوالي 100,000 أزواج من إلكترون-بوزيترون.

إذا كان الأمر كذلك، فأن للمصادم القدرة، كما يقول مُخترعهُ، لإثبات واحدة من أهم الأمور التي تنص عليها النظرية النسبية لأينشتاين، والتي تَدّعي ، إلى جانب الأمور الأخرى، أن بالإمكان تحويل المادة إلى طاقة وبالعكس. كما يقول أوليفر بايك، الباحث الرئيسي في فريق كلية آمبريال ” إن مِنهاج بريت-ويلير هو الطريقة الأبسط لصناعة المادة من الضوء، وواحدة من الإثباتات النقية للمعادلة E=MC2″

لدينا الآن من التكنولوجيا لتبيين إن نظرية إينشتاين أكتُشفت إلى حد كبير عن طريق الصدفة. كان علماء كلية آمبريال قد بدأوا التحري في مسائل مُتعلقة بمجال الطاقة النووية عندما أدركوا إن عملهم سوف يكون له آثار على بريت-ويلير كذلك. (جعلوا ذلك الإدراك، كما يُشير بيان صحفي في كلية آمبريال، على طاولة النقاش). هنالك العديد من المواقع المُسبقة، كما لاحظوا، حيثُ يُمكن تجريب تصادم الفوتون فوتون بها (واحدة منها هو مرفق ليزر أومغا (Omega Laser Facility) في روتشستر، نيويورك). كما يصفه بايك ” يُمكن إستخدام مثل هذا المُصادم لدراسة الفيزياء الاساسية مع نظام تجارب جليّة. الضوء النقي يدخل وتخرج المادة ، التجربة ستكون أول إثبات لذلك” لن ننتظر طويلاً لمثل هذه التقنية العالية أن تأخذ شأنها في الخيمياء القديمة. ويأمل بايك وفريقهُ بتطبيق هذه التجربة خلال السنة المُقبلة.

رابط الموضوع:
http://www.theatlantic.com/technology/archive/2014/05/how-to-create-matter-from-light/371155/
————————-

* البوزيترون: مضاد الإلكترون وهو جسيم دون ذري له كتلة الإلكترون وعدزمه التدويمي وكافة خواصه باستثناء الشحنة حيث يأخذ شحنة موجبة بدل السالبة، تصادم الإلكترون مع بوزيترون يعني تلاشيهما وينتج عن ذلك فوتونا ضوء