اكتشاف حالة جديدة غامضىة للمادة
كتبت: يارا كمال
توصل الباحثون إلى دليل على وجود حالة جديدة غامضة من المادة في مادة حقيقية. تُعرف هذه الحالة بـ”Quantum spin liquid“، والتي تجعل الإلكترونات (وهي واحدة من وحدات البناء الأساسية وغير المرئية للمادة) تتحلل إلى أشباه جسيمات (Quasipaticles).
تنبأ العلماء بوجود هذه الحالة من المادة في مواد مغناطيسية معينة منذ 40 سنة، وبالرغم من وجود إشارات عديدة على وجودها، لم يكن العلماء قادرين على اكتشاف دليل وجودها في الطبيعة. لذا كان من المثير العثور على لمحة من ”Quantum spin liquid“ (السائل الكمّي الدوّار) والفرميونات الغريبة التي تصاحبها في مادة ثنائية الأبعاد تشبه الجرافين.
ولكن ما هو السائل الكمّي الدوّار؟
لا تعني كلمة ”الدوّار“ أن شيئًا ما في المادة يدور، ولكنها تصف نوع من قوة الدفع الزاوي الجوهري (intrinsic angular momentum) في ميكانيكا الكم، أو بمعنى أصح، هو تعبير مجازي مفيد يعطينا فكرة عما يفعله الإلكترون.
وهذه المادة ليست سائل أيضًا بالمعنى التقليدي للكلمة، ولكنها تشير إلى حقيقة أن الدورانات الكمومية للإلكترونات في المادة تبدأ فجأة في التفاعل لتخلق حالة فوضوية منتجةً كل أنواع السلوك الغريب.
كان العلماء قادرين على اكتشاف دليل على حدوث ذلك في المادة من خلال ملاحظة واحدة من أكثر صفاتها المثيرة للاهتمام وهي تكسير الإلكترونات (Electron Fractionalisation)، وفرميونات الماجورانا، والتي تُنتج عندما تنقسم الإلكترونات في الحالة الدوّارة الكمّية. تثير فيرمونات الماجورانا اهتمام العلماء لأنها قد تُستخدم كوحدات بناء الحاسوبات الكمومية (Quantum computers)، والتي تعمل أسرع من الحاسوبات العادية.
بشكل أدق، لا تنقسم الإلكترونات حقًا إلى جزيئات فيزيائية أصغر – مما يعني أن هناك جزيئات جديدة في العلم. في الحالة الجديدة للمادة، تتفكك الإلكترونات إلى أشباه جسيمات، وهي ليست جزيئات حقيقية ، بل هي مفاهيم يستخدمها الفيزيائيون لشرح وحساب سلوك الجزيئات الغريب.
تجعل هذه الحالة الإلكترونات تتخذ سلوكًا غريبًا. في المادة المغناطيسية النمطية، فتتصرّف وكأنها مغناطيسات صغيرة. عندما تخفّض درجة حرارة المادة بشكل كافٍ، ترتب الإلكترونات الشبيهة بالمغانطيسات نفسها على نطاقات واسعة، حتى تشير جميع الأقطاب الشمالية ناحية نفس الاتجاه.
لكن عندما تبدأ دورانات الإلكترونات في التفاعل وتدخل هذه الحالة الجديدة، حتى لو خُفِضت المادة المغناطيسية لدرجة حرارة صفر، لا تصطف الإلكترونات، بل تكوّن حساء متشابك تتسبب فيه التقلبات الكمّية.
المصدر
