التبريد بالليزر

تطوَّر استخدام الليزر قرابة عام 1985 لتحقيق درجات حرارة منخفضة للغاية، لدرجة أن العلماء برَّدوا عددًا من الذرات إلى درجات حرارة تتراوح ضمن مجال أجزاء من مليار جزء من الكيلفن!

تحدث هذه العملية وفق خاصيَّة "كمية الحركة" التي يتمتع بها الفوتون الضوئي، الذي يمكن أن تمتصه ذرة تتجه نحو شعاع الليزر مما يؤدي إلى فقدان جزء من كمية حركتها؛ وبذلك تفقد طاقتها تدريجيًّا حتى تصل درجة حرارتها إلى الدرجة المطلوبة (1).

ليست درجة الحرارة إلا مقياسٌ يدل على مدى حركة الذرات والجزيئات في المادة على المستوى الذري والمجهري؛ إذ إن درجة حرارة فنجان من الشاي شديد السخونة تنتج عن حركة جزيئات محلول الشاي نفسها؛ وهي أسرع من حركة جزيئات محلول الشاي المثلج "Ice Tea"، وفي حال أردنا تبريد الشاي باستخدام الليزر؛ تصل الجزيئات في نهاية المطاف إلى درجة حرارةٍ تتوقف عندها حركة الجزيئات بالكامل فتفقد كل طاقتها؛ وبذلك يمكن القول إنها وصلت إلى درجة حرارة الصفر المطلق (2,3).

لكنَّ الوصول إلى درجة الصفر المطلق غير ممكن فيزيائيًّا، فإذا أردنا تبريد جزيئات محلول الشاي درجة الصفر المطلق فالأمر يتطلب بذل عمل "لا نهائي القيمة" بواسطة منظومة التبريد، وهذا غير ممكن عمليًّا (3).

ومع ذلك؛ فإن تبريد الذرات إلى درجات حرارة منخفضة جدًّا يُمكِّن العلماءَ من رؤية التفاعلات بالحركة البطيئة للذرات نتيجة انخفاض سرعة حركتها، مما يزيد من فهم سلوكها على المستوى الذري، الذي يزيد بدوره من فهم  آليات الحوسبة وعمل الخلايا الشمسية وتطويرها (2).

مؤخَّرًا؛ تعاون باحثون في جامعة فيينا مع الفيزيائي لوكاس نوفونتي (Lukas Novotny)؛ من المعهد الفيدرالي للتكنولوجيا في زيورخ، لتبريد جسيم نانوي باستخدام الليزر؛ مما مكنهم من استنتاج أن الأجسام الكمومية في حالة التبريد الشديد تكون حساسة بشدَّة للقوى ذات التأثير الضئيل نسبيًّا، وذلك مكَّن الباحثين من تطوير أدوات لقياس شدة قوة الجاذبية بين تلك الجسيمات بدقة شديدة (4,5).

المصادر: