القوى الكمومية المستخدمة لتجميع جهاز صغير تلقائيًا

تم تصنيع أجهزة ذهبية صغيرة للتحكم في الضوء باستخدام تأثيرات كمومية غريبة تختبئ في مساحة فارغة على ما يبدو.

في عام 1948، وضع الفيزيائي هندريك كازيمير نظرية مفادها أن بعض الأجسام تتعرض لجاذبية ضعيفة للغاية عندما تكون قريبة من بعضها البعض في الفضاء بسبب وميض الحقول الكمومية غير المحسوس في الفجوة بينها. وقد أكد الباحثون منذ ذلك الحين تأثير كازيمير في المختبر. وقد وجدت بيتول كوجوكوز – من جامعة تشالمرز للتكنولوجيا في السويد – وزملاؤها الآن طريقة لجعلها مفيدة.

لقد أرادوا بناء تجويف لاحتجاز الضوء باستخدام قطعتين من الذهب موضوعتين بالتوازي مع بعضهما البعض، بحيث يرتد الضوء بينهما ذهابًا وإيابًا، غير قادر على الهروب. أولاً، قاموا بإنشاء الطرف السفلي من التجويف عن طريق طبع رقاقة ذهبية مثلثة يتراوح حجمها بين 4 و10 ميكرون على قطعة صغيرة من الزجاج. يتكون الطرف العلوي من التجويف أيضًا من رقاقة ذهبية مثلثة الشكل، ولكن بدلاً من تثبيتها في مكانها باستخدام بعض الأدوات، قام الباحثون بغمر رقاقة الذهب المثبتة على الزجاج في محلول من الماء المالح الذي يحتوي على رقائق ذهبية مثلثة إضافية، ثم تركوا القوى التي تنشأ بطبيعة الحال القيام بهذه المهمة بدلا من ذلك.

إحدى تلك القوى كانت القوة الكهروستاتيكية الناتجة عن الشحنات الكهربائية المرتبطة بالملح المذاب. والآخر كان تأثير كازيمير. تقول كوجوكوز إنها شاهدت العديد من التجارب لهذه التجربة تحت المجهر، وكان بإمكانها دائمًا رؤية تأثير كازيمير أثناء العمل. لقد تسببت في تحرك إحدى رقائق الذهب العائمة نحو تلك المطبوعة على الزجاج، ثم جعلتها تدور فوق الشريحة المطبوعة حتى تتطابق آثار الأقدام المثلثة للرقاقتين.

وبهذا أكمل تجميع التجويف، والذي يمكنه بعد ذلك احتجاز الضوء. ويقول كوجوكوز إن الباحثين كان لديهم قدر كبير من السيطرة على عملية تشكيل التجويف. على سبيل المثال، باستخدام تركيزات مختلفة من الملح، تمكنوا من تصميم قوة القوة الكهروستاتيكية لإنشاء تجاويف ذات أبعاد مختلفة قليلًا، مع مسافات بين الرقائق تتراوح بين 100 و200 نانومتر، ويمكن لكل منها بعد ذلك احتجاز ضوء بلون مختلف.

يقول راؤول إسكيفيل سيرفينت من الجامعة الوطنية المستقلة في المكسيك إن فكرة التجميع الذاتي، التي يقارنها برمي مجموعة ليغو في وعاء وإخراج هيكل دون ضغط أي قطع معًا يدويًا، ليست جديدة. لكنه يقول إن تجربة الفريق أكثر تفصيلاً وتحكمًا من المحاولات السابقة لاستخدام تأثير كازيمير لأغراض مماثلة. ومع ذلك، فإن تأثير كازيمير يمكن أن يكون دقيقًا للغاية، كما يقول إسكيفيل سيرفنت، لدرجة أنه من الممكن أن تكون هناك تأثيرات أخرى لم يتم اكتشافها هنا أيضًا.

للمضي قدمًا، ترغب كوجوكوز وزملاؤها في استخدام تجاويفهم كجزء من تجارب أكثر تعقيدًا مع الضوء، بما في ذلك بعض التجارب التي تتضمن وضع أشياء داخل التجويف بين ورقتي الذهب.