يعتبر الكربون السائل من المواد النادرة التي يصعب دراستها في المختبر، حيث يتطلب تحويل الكربون إلى حالة سائلة ضغطًا وحرارة هائلين. ومع ذلك، تمكن العلماء من استخدام تقنية ضغط الليزر لدراسة هذه المادة النادرة في المختبر، مما يفتح آفاقًا جديدة في فهم خواص الكربون السائل وتطبيقاته المستقبلية.
تحديات دراسة الكربون السائل
تحت ظروف الضغط والحرارة الطبيعية، لا يذوب الكربون بل يتحول مباشرة إلى الحالة الغازية. لكن تحت ضغط عالي ودرجات حرارة تصل إلى 4500 درجة مئوية، يمكن للكربون أن يصبح سائلاً. هذه الظروف تجعل من الصعب جدًا استخدام حاويات تقليدية لدراسة الكربون السائل في المختبر.
لكن مع تطور تقنيات الليزر، أصبح من الممكن تحويل الكربون الصلب إلى سائل لجزء من الثانية عبر ضغط الليزر، وهو ما عزز من قدرتنا على دراسة هذه المادة لفترة قصيرة ولكن كافية لأخذ قياسات دقيقة.
دور الليزر وضوء الأشعة السينية
في تجربة فريدة من نوعها، استخدم الباحثون في XFEL الأوروبي، أكبر ليزر أشعة سينية في العالم، إلى جانب ليزر DIPOLE100-X، لدراسة الكربون السائل. تمكنوا من استخدام موجات الضغط الناتجة عن نبضات الليزر لتحويل العينة الصلبة من الكربون إلى سائل لفترة نانوثانية، أي جزء من مليار من الثانية.
خلال هذه النانوثانية، تعرض العينة لأشعة الليزر السينية فائقة القصر، مما يسمح للباحثين بملاحظة نمط حيود الأشعة السينية الذي يكشف عن ترتيب الذرات في الكربون السائل.
فهم التركيب البنيوي والتطبيقات المستقبلية
أظهرت القياسات أن التركيب البنيوي للكربون السائل مشابه للماس الصلب، حيث يمتلك كل ذرة كربون أربعة جيران قريبين. هذا الاكتشاف يؤكد التوقعات النظرية التي كانت تشير إلى نظام بنيوي معقد للكربون السائل.
يساعد الفهم الدقيق لنقطة انصهار الكربون السائل في تحسين نماذج تكوين الكواكب وتطوير تقنيات جديدة لتوليد الطاقة عبر الاندماج النووي.
التطبيقات المستقبلية والابتكارات
يمثل هذا الإنجاز بداية عصر جديد في قياس المواد تحت الضغط العالي، كما يوضح رئيس المجموعة البحثية، الدكتور أولف زاستراو. يمكن أن تؤدي مثل هذه الدراسات إلى تقليل الوقت اللازم للتجارب من عدة ساعات إلى بضع ثوانٍ فقط، بفضل التحسينات في التحكم الأوتوماتيكي ومعالجة البيانات.
هذا التطور قد يحدث ثورة في مجال العلوم المادية، خاصة في دراسة المواد تحت الظروف القاسية، ويفتح الباب أمام تطبيقات جديدة في مجالات مختلفة.
الخاتمة
باستخدام تقنيات الضغط الليزري والأشعة السينية، تمكن العلماء من إجراء تجربة فريدة لدراسة الكربون السائل، مما يعزز معرفتنا العلمية حول هذه المادة النادرة. يفتح هذا الاكتشاف آفاقًا جديدة في العلوم والتكنولوجيا، ويساعد في تطوير تطبيقات مستقبلية في مجالات الطاقة والنمذجة الكوكبية. هذه الإنجازات تؤكد أهمية التعاون الدولي في البحث العلمي، وقدرة الإنسان على تجاوز الحدود في فهم الكون من حوله.
