العلماء يكشفون الرقصة السرية للجزيئات في عالم الكم!

العلماء يكشفون الرقصة السرية للجزيئات في عالم الكم!

في 8 أغسطس 2025، سيعلن الباحثون في جامعة جوته بفرانكفورت عن تقدم كبير في تصور الحركات الميكانيكية الكمومية. كجزء من مشروع مشترك مع معهد ماكس بلانك للفيزياء النووية وXFEL الأوروبي في شينيفيلد بالقرب من هامبورغ، جعلوا حركة نقطة الصفر الميكانيكية الكمومية مرئية في جزيئات أكبر لأول مرة. تحدث هذه الحركة حتى عند درجة حرارة الصفر المطلق، مما يعني أن الجزيئات لا تستقر حتى عندما تكون في أدنى حالاتها النشطة.

قام الفريق بفحص جزيء معقد، 2-يودوبيريدين (C5H4IN)، والذي يتكون من إحدى عشرة ذرة. ونشرت النتائج في مجلة "العلم" الشهيرة. يوضح البروفيسور تيل جانكي أن الذرات الموجودة في الجزيئات تهتز بطريقة مزدوجة وأن حركاتها ليست مستقلة. أثناء التحليل، تم تسجيل 27 وضع اهتزاز مختلف لليودوبيريدين.

طريقة انفجار كولومب

ولدراسة هذه الظواهر الميكانيكية الكمومية، استخدم الفريق تصوير انفجار كولومب (CEI). تسمح هذه الطريقة لنبضات ليزر الأشعة السينية بإزالة الإلكترونات من الذرات، مما يؤدي إلى تكوين أيوني موجب الشحنة. تتطاير النوى الذرية بشكل انفجاري، وهو ما يوصف بالانفجار الكبير المجهري. وكشفت القياسات أنه يمكن العثور على الذرات المشحونة خارج المستوى الجزيئي المتوقع كلاسيكيا، مما فتح رؤى جديدة حول التقلبات الكمومية.

ويقيس مجهر التفاعل COLTRIMS المستخدم لهذا الغرض، والذي تم تطويره في فرانكفورت، أوقات ومواقع تأثير الحطام الذري. وهذا يتيح إعادة البناء الدقيق للبنية الجزيئية. تم تسجيل البيانات التي تم جمعها في الأصل في تجربة أخرى في XFEL الأوروبي في عام 2019، وقد أدى التعاون مع علماء الفيزياء النظرية إلى تحسين تفسير بيانات القياس هذه بشكل كبير.

توقعات للبحوث المستقبلية

تفتح نتائج هذه الدراسات آفاقًا جديدة لدراسة أنظمة ميكانيكا الكم المعقدة، مثل حركة الإلكترونات في الجزيئات. ويهدف مشروع مستقبلي، يتم تمويله كجزء من استراتيجية التميز الفيدرالية وحكومات الولايات، إلى دراسة الجزيئات الأكبر حجمًا وإنشاء أفلام محددة زمنيًا لحركاتها. ويمكن أن يقل دقة الوقت عن الفيمتو ثانية، وهو ما يَعِد بإحراز تقدم كبير في الفيزياء الجزيئية والكيمياء.

توضح الإنجازات العلمية للفريق مدى أهمية التعاون متعدد التخصصات في الأبحاث الحديثة. إن مثل هذه التطورات ضرورية لتعميق فهمنا للعمليات الفيزيائية الأساسية في الجزيئات ولزيادة دفع حدود أبحاث ميكانيكا الكم. هذه النتائج، puk.uni-frankfurt.de, cui-advanced.uni-hamburg.de إلى جانب Nature.com موثقة بشكل شامل، وتمثل علامة فارقة في الفيزياء التجريبية.