لأول مرة.. فيزيائيون يرصدون "تذبذبا شيطانيا" في مادة غريبة!
تاريخ النشر: 11th, August 2023 GMT
عثر علماء فيزياء، يدرسون مادة غريبة، على ظاهرة كمومية مهمة تم التنبؤ بها منذ عقود.
ويطلق عليها اسم "شيطان باينز"، الذي تنبأ به الفيزيائي الراحل ديفيد باينز عام 1956، ويمثل اكتشافه في مادة تسمى السترونتيوم روثينات (Sr2RuO4) المرة الأولى التي يتم فيها تحديده في معدن التوازن الثلاثي الأبعاد.
ونظرا لأن من المتوقع أن يلعب "شيطان باينز" دورا مهما في مجموعة واسعة من الظواهر، مثل التحولات في أنواع معينة من أشباه المعادن والموصلية الفائقة، فإن العمل له آثار مهمة على فيزياء المواد.
وقال الفيزيائي بيتر أبامونتي من جامعة إلينوي في حديث يصف هذا الاكتشاف: "وجدنا هذا الشيء بالصدفة. رأينا هذه الإثارة في عام 2018 واستغرق الأمر بعض الوقت لمعرفة ما هو عليه واتضح أنه وضع الشيطان هذا".
وعادة ما يكون "الشيطان" في العلم خصما افتراضيا للعلماء والفلاسفة ليحاججوا ضده في تجربة فكرية، لكن "شيطان باينز" مختلف تماما. إنه في الواقع نوع من plasmon - وحدة منفصلة من الموجات بين التموج عبر مجموعة من الإلكترونات. وتم وصف Plasmons على أنها التناظرية الكمومية للصوت الصوتي في الغاز الكلاسيكي.
وأطلق باينز على هذا الطبق اسم "شيطان" تكريما لجيمس كلارك ماكسويل، الذي تصور شيطان ماكسويل، ولأنها حركة إلكترون مميزة، أو D.E.M.
وعندما تتلوى الموجة الصوتية في طريقها عبر مجموعة من الجسيمات، فإنها تهدأ ببطء مع توقف الاهتزاز. ومع ذلك، نظرا لـ"أصوات'' الكم، فإن Plasmon هو كل شيء أو لا شيء. مطلوب كمية محددة جدا من الطاقة لكل زيادة في التردد.
ويعد "شيطان باينز" تردد Plasmons بدون تكلفة الشحنات الكهربائية. وتحدث عندما تتحرك الإلكترونات في مادة لها نطاقات طاقة مختلفة خارج الطور.
إقرأ المزيد
ولا يوجد نقل للطاقة، لكن هناك تحول في شغل النطاقات. "الشيطان" هو وضع جماعي محايد تم إخماده أو فحصه بواسطة مجموعة أخرى من الإلكترونات.
وشوهدت Plasmons ودُرست على نطاق واسع في معادن ثنائية الأبعاد، ولكن نظرا لأنها محايدة كهربائيا ولا تقترن بالضوء، فمن الصعب اكتشافها. وهذا يقودنا إلى السترونتيوم روثينات.
وفي درجات حرارة منخفضة، تعمل المادة كموصل فائق. وفي درجات الحرارة المرتفعة، يصبح الأمر غريبا بعض الشيء، ويتحول إلى ما يُعرف بالمعدن السيئ، معدن لا تتصرف خصائصه بالضرورة بالطريقة التي نتوقعها.
ووفقا لفريق يقوده الفيزيائي علي حسين، الذي كان يعمل سابقا في جامعة إلينوي في الولايات المتحدة، ويعمل حاليا في جامعة كولومبيا البريطانية في كندا، فهو أيضا مرشح ممتاز للتعرف على "الشياطين" - مع ثلاثة نطاقات متداخلة من الإلكترونات، واثنان من التي تتناقض بشكل مشابه مع التصور الأصلي لعام 1956 للشيطان.
وكان حسين يدرس روثينات السترونتيوم باستخدام التحليل الطيفي الإلكتروني عندما وجد شيئا في البيانات يشبه شبه الجسيم - أي الإثارة الجماعية التي تتصرف مثل الجسيمات.
وهناك عدد غير قليل من أشباه الجسيمات المعروفة، لكن ما وجده الباحثون لا يتطابق مع أي منها. وكانت سرعته أسرع من أن يكون فونونا صوتيا.
وأظهر تحليل المتابعة أن المرشح الأكثر ترجيحا كان "شيطانا". وتمكن الفريق حتى من تكرار الاكتشاف. وأثارت دراسة بعض خصائصه بعض التساؤلات.
كان تأثير التخميد أقل من المتوقع، على سبيل المثال، وكانت هناك ثقوب غريبة في نطاقات الإلكترون المختلفة.
ويعتقد الباحثون أن المعادن الأخرى المتعددة النطاقات قد تكون أماكن جيدة لدراستها لملاحظة كيف يمكن أن يتغير سلوكها في مجموعة من السياقات، وأن الدراسات العالية الدقة قد تكون ممكنة مع الفحص المجهري الإلكتروني.
ويأملون أن يجيب هذا على أسئلتهم الجديدة ويساعد في ابتكار نظرية أكثر اكتمالا وتطورا عن الشياطين.
نُشر البحث في مجلة Nature.
المصدر: ساينس ألرت
المصدر: RT Arabic
كلمات دلالية: كورونا اكتشافات بحوث فيزياء
إقرأ أيضاً:
علاج مزدوج للسرطان يدمر الورم حرارياً وكيميائياً
كثيرًا ما يخضع الأشخاص المصابون بمرض السرطان في مراحله المتقدمة لعدة جولات من العلاجات المختلفة، مما قد يؤدي إلى آثار جانبية غير مرغوب فيها وقد لا يكون فعالًا دائمًا.
ولتوسيع خيارات العلاج المتاحة للمرضى، ابتكر الباحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا جزيئات مصغرة يمكن إدخالها مباشرة في الورم، توفر هذه الجسيمات شكلين من العلاج: العلاج الحراري والعلاج الكيميائي.
قد تمنع هذه الطريقة الآثار الجانبية المرتبطة عادة بالعلاج الكيميائي عن طريق الوريد، ومن المحتمل أن يؤدي التأثير المشترك للعلاجين إلى زيادة عمر المريض أكثر من إعطائهما كل على حدة.
وفي دراسة أجريت على الفئران، أثبت الباحثون أن هذا العلاج أزال الأورام في معظم الحيوانات وأدى إلى إطالة عمرها بشكل كبير.
علاج السرطان ثنائي المفعول
يتلقى الأفراد المصابون بأورام متقدمة عادةً مزيجًا من العلاجات، مثل العلاج الكيميائي والتدخل الجراحي والإشعاع.
العلاج بالضوء هو علاج مبتكر يتكون من زرع أو حقن جزيئات ساخنة باستخدام ليزر خارجي، يؤدي هذا إلى زيادة درجة حرارة الجزيئات بدرجة كافية للقضاء على الخلايا السرطانية القريبة مع الحفاظ على الأنسجة المحيطة.
تستخدم الأساليب الحالية للعلاج بالضوء في التجارب السريرية جزيئات الذهب النانوية، التي تنبعث منها حرارة عند تعرضها لضوء الأشعة تحت الحمراء القريبة.
يهدف فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا إلى إنشاء طريقة لإدارة العلاج الضوئي والعلاج الكيميائي في وقت واحد، معتقدين أن هذا النهج يمكن أن يبسط علاج المرضى ويحتمل أن يعزز تأثيرات العلاج.
لقد اختاروا استخدام مادة غير عضوية تعرف باسم كبريتيد الموليبدينوم كعامل للعلاج بالضوء، تعمل هذه المادة على تحويل ضوء الليزر إلى حرارة بشكل فعال، مما يسمح باستخدام أشعة الليزر منخفضة الطاقة.
لتطوير جسيمات دقيقة قادرة على تقديم علاجي السرطان، قام الباحثون بدمج صفائح نانوية من ثاني كبريتيد الموليبدينوم مع دوكسوروبيسين، وهو دواء كاره للماء، أو فيولاسين، وهو دواء كاره للماء.
لتكوين الجسيمات، يتم دمج ثاني كبريتيد الموليبدينوم مع عامل العلاج الكيميائي وبوليمر بوليكابرولاكتون، ثم يتم تجفيفهما في فيلم يمكن تشكيله إلى جسيمات دقيقة ذات أشكال وأحجام مختلفة.
الجسيمات الدقيقة
في هذه الدراسة، أنشأ الباحثون جسيمات مكعبة بعرض 200 ميكرومتر، بمجرد حقنها في موقع الورم، تبقى الجزيئات طوال فترة العلاج.
خلال كل دورة معالجة، يقوم ليزر خارجي قريب من الأشعة تحت الحمراء بتسخين الجزيئات، يمكن لهذا الليزر أن يخترق عمقًا يتراوح بين بضعة ملليمترات إلى سنتيمترات وله تأثير موضعي على الأنسجة.
لتحسين بروتوكول العلاج، استخدم الباحثون خوارزميات التعلم الآلي لتحديد قوة الليزر لعامل العلاج الضوئي، ووقت التشعيع، والتركيز، مما يؤدي إلى أفضل النتائج.
وقد قادهم ذلك إلى تصميم دورة علاج بالليزر تستمر لمدة ثلاث دقائق تقريبًا.
خلال تلك الفترة، يتم تسخين الجسيمات إلى حوالي 50 درجة مئوية، وهي ساخنة بما يكفي لقتل الخلايا السرطانية.
أيضًا، عند درجة الحرارة هذه، تبدأ مادة البوليمر الموجودة داخل الجزيئات في الذوبان، مما يؤدي إلى إطلاق بعض أدوية العلاج الكيميائي الموجودة داخل المادة المصفوفة.
القضاء على الأورام
اختبر الباحثون علاج الجسيمات الدقيقة في الفئران التي تم حقنها بنوع عدواني من الخلايا السرطانية من أورام الثدي الثلاثية السلبية.
وبمجرد تشكل الأورام السرطانية، قام الباحثون بزرع حوالي 25 جسيمًا دقيقًا لكل ورم ثم أجروا العلاج بالليزر ثلاث مرات، مع ثلاثة أيام بين كل جلسة.
المصدر:interestingengineering
كاف يخطر الزمالك بموعد مباراة بلاك بولز بطل موزمبيق