دراسة تأثيرات جديدة في الفيزياء الكمومية باستخدام الهيليوم الفائق

يعمل العلماء باستمرار على استكشاف النظريات الفيزيائية المعقدة التي يمكن أن تفسر ظواهر الكون. واحدة من هذه النظريات هي نظرية “تأثير شفانغر” التي لم يتمكن العلماء من اختبارها بشكل مباشر بسبب متطلبات الطاقة العالية. ومع ذلك، قدم باحثون من جامعة كولومبيا البريطانية نموذجًا بديلاً باستخدام فيلم رقيق من الهيليوم الفائق، مما يفتح آفاقًا جديدة لفهم هذه الظواهر.

مفهوم تأثير شفانغر

تأثير شفانغر هو نظرية فيزيائية تتنبأ بظهور أزواج من الجسيمات المضادة في الفراغ عند تعرضه لمجالات كهربائية عالية. لكن هذه الظاهرة لم تُرصد بشكل مباشر بسبب صعوبة تحقيق الظروف اللازمة في التجارب الفيزيائية التقليدية.

في النموذج الجديد الذي قدمه باحثو جامعة كولومبيا البريطانية، تم استبدال الفراغ بفيلم رقيق من الهيليوم-4 الفائق، وهو مادة تصل إلى حالة فراغ عديمة الاحتكاك عند تبريدها إلى درجات حرارة منخفضة جدًا. هذا يتيح ظهور أزواج من الدوامات المضادة بدلاً من الجسيمات المضادة التقليدية.

الهيليوم الفائق وخصائصه الفريدة

الهيليوم-4 الفائق هو مادة ذات خصائص فيزيائية مدهشة. عند تبريده إلى درجات حرارة منخفضة للغاية، يصبح في حالة فراغ عديمة الاحتكاك، مما يسمح بدراسة ظواهر كمومية معقدة في بيئة قابلة للتحكم.

الدكتور فيليب ستامب، وهو باحث في مجال فيزياء المادة المكثفة والجاذبية الكمومية، يوضح أن هذا النموذج الجديد يمكن أن يكون نظيرًا لعدة ظواهر كونية مثل الفراغ في الفضاء العميق والثقوب السوداء الكمومية وحتى بداية الكون نفسه.

أهمية الدراسة في فهم الأنظمة الثنائية الأبعاد

يشير الدكتور ستامب إلى أن الأهمية الحقيقية للعمل قد تكمن في كيفية تغيير فهمنا للسوائل الفائقة والانتقالات الطورية في الأنظمة الثنائية الأبعاد. هذه الأنظمة ليست مجرد نماذج نظرية بل هي أنظمة فيزيائية حقيقية يمكن إجراء التجارب عليها.

الدراسة تتطلب عدة اختراقات رياضية لفهم كيفية تغيير كتلة الدوامات أثناء حركتها، وهو ما يغير فهمنا لعمليات النفق الكمومي التي تعتبر شائعة في الفيزياء والكيمياء والبيولوجيا.

الخاتمة

تفتح هذه الدراسة آفاقًا جديدة في فهم الظواهر الكمومية من خلال استخدام الهيليوم-4 الفائق كنموذج بديل. يمكن لهذه الأبحاث أن تغير نظرتنا للعديد من الظواهر الفيزيائية المعقدة وتقدم طرقًا جديدة لاستكشاف الكون من حولنا. بفضل دعم المجلس الوطني للبحث العلمي والهندسي، يستمر الباحثون في دفع حدود المعرفة العلمية إلى آفاق جديدة.