العثور على “معدن غريب” يتصرف بطرق لا يفهمها العلماء

اكتشف علماء “معدنا غريبا” جديدا يتصرف بطرق لا يمكنهم فهمها، لكن هذا الاكتشاف قد يكون مفتاحا لتفسير ظاهرة حيّرت العلماء لعقود.

وركز العلماء في السنوات الأخيرة على فئة من المواد التي لا يبدو أنها تتبع القواعد الكهربائية التقليدية. وقد يؤدي حل هذه المشكلة إلى مجموعة متنوعة من الاختراقات، مثل شبكات الطاقة غير المفقودة وأجهزة الكمبيوتر الكمومية.

ويبدو أيضا أنها مرتبطة ببعض الثوابت الأساسية للكون، وبالتالي يمكن أن تساعد في إلقاء الضوء على كيفية عمل الكون بالفعل.

وتتصرف معظم المواد، مثل النحاس والفضة، بطرق يمكن التنبؤ بها ومفهومة جيدا، ويفهم العلماء كيف يتغير توصيلها الكهربائي عند تسخينها أو تبريدها.

لكنهم ركزوا مؤخرا على فئة أخرى من المواد، تُعرف باسم “المعادن الغريبة”، لا يبدو أنها تتصرف وفقا للقواعد الكهربائية المعتادة.

ويتضاعف اهتمام العلماء بهذه المواد لأنهم يعتقدون أنها تقدم تلميحات عن العالم الكمي، بالإضافة إلى طريقة لفهم الظواهر الأخرى التي لم يتم شرحها بالكامل بعد.

ووجد العلماء الآن سلوكا معدنيا غريبا آخر ولغزا آخر يتعين حله. وفي المادة، لا تحمل الإلكترونات الشحنة الكهربائية، كما هو معتاد، ولكن من خلال ما يسمى بزوج كوبر (زوج من الإلكترونات ترتبط معا عند درجات حرارة منخفضة بطريقة معينة)، والتي تشبه إلى حد كبير الموجات.

وتشكل الإلكترونات جزءا من فئة من الجسيمات تسمى الفرميونات، وزوج كوبر، وهي بوزونات تتصرف بشكل مختلف تماما. لم يُرَ أبدا سلوك معدني غريب في نظام به بوزونات.

ويمكن أن يساعد ذلك أخيرا في حل اللغز المستمر منذ عقود حول سبب حدوث هذا السلوك المعدني الغريب بالفعل، وفق “روسيا اليوم”.

وقال جيم فاليس، أستاذ الفيزياء في جامعة براون ومؤلف الدراسة الجديدة: “لدينا هذان النوعان المختلفان اختلافا جوهريا من الجسيمات التي تتقارب سلوكياتها حول لغز. وأية نظرية لتفسير السلوك المعدني الغريب لا يمكن أن تكون خاصة بأي نوع من الجسيمات. ويجب أن تكون أكثر جوهرية من ذلك”.

ونُشر البحث الجديد بعنوان: “بصمات معدن غريب في نظام بوزوني”، في مجلة Nature.

وظل السلوك المعدني الغريب محيرا للعلماء لمدة 30 عاما، حيث اكتشفت فئة من المواد تسمى النحاسات لا تعمل مثل المعادن الأخرى. وعندما يتم تسخين المعادن العادية، ترتفع مقاومتها، حتى نقطة معينة عندما تعني درجات الحرارة المرتفعة أن المقاومة تصبح ثابتة، ولكن في الكورات، هذا لا يحدث، والمعادن الغريبة ترفض الامتثال للقواعد المتوقعة.

ولا يعرف العلماء سبب حدوث ذلك، لكنهم يعرفون أنه يبدو مرتبطا بثابتين مختلفتين: أحدهما يتعلق بالطاقة الناتجة عن الحركة الحرارية، وثابت بلانك، الذي يتعلق بطاقة جسيم الضوء.

وأوضح فاليس: “لمحاولة فهم ما يحدث في هذه المعادن الغريبة، طبق العلماء مناهج رياضية مشابهة لتلك المستخدمة لفهم الثقوب السوداء. لذلك، هناك بعض الفيزياء الأساسية جدا تحدث في هذه المواد”.

ولفهم سبب حدوث ذلك بشكل أفضل، استخدم العلماء مادة نحاسية بها ثقوب صغيرة لإنتاج زوج كوبر، وقاموا بتبريده وراقبوا كيف تتغير مواصلته، ووجدوا أنه يتصرف مثل معادن غريبة فرميونية.

وهذا لا يفسر من أين يأتي السلوك الغريب، ولكنه يعطي معلومة جديدة لهم لمحاولة فهمها بشكل أفضل.

وقال فاليس: “كان من الصعب على المنظرين التوصل إلى تفسير لما نراه في المعادن الغريبة. يُظهر عملنا أنه إذا كنت ستصمم نموذجا لنقل الشحنة في معادن غريبة، فيجب أن ينطبق هذا النموذج على كل من الفرميونات والبوزونات، على الرغم من أن هذه الأنواع من الجسيمات تتبع قواعد مختلفة اختلافا جوهريا”.