يفتح هذا الاكتشاف العلمي الرائد، الذي تم تحقيقه من خلال تسليط شعاع ليزر على غشاء فقاعة صابون، مجالًا جديدًا في البصريات - التدفق المتفرع للضوء - ويمهد الطريق لطرق جديدة للبحث في مجال البصريات والسوائل الضوئية. ونشرت الدراسة على غلاف مجلة الطبيعة العلمية المرموقة
أظهر باحثون من التخنيون لأول مرة ملاحظة تجريبية لتشعب أشعة الضوء. ونشرت النتائج مساء اليوم على غلاف مجلة الطبيعة العلمية المرموقة. تم إجراء البحث الرائد من قبل طالب الدكتوراه أناتولي (توليك) بيتزوك والدكتور ميغيل بانديراس، الذي كان طالب ما بعد الدكتوراه في التخنيون وهو الآن عضو هيئة التدريس في CREOL، معهد أبحاث البصريات والضوئيات في UCF، تحت إشراف رئيس التخنيون البروفيسور أوري سيون والبروفيسور الباحث موتي سيغيف من كليتي الفيزياء والهندسة الكهربائية.
عندما تمر الموجات عبر وسط به اضطرابات - وسط غير متجانس - فإنها تتبعثر، وأحياناً تتطاير في جميع الاتجاهات. تشتت الضوء هو ظاهرة طبيعية تحدث في أماكن كثيرة في الطبيعة وهي على سبيل المثال السبب وراء ظهور السماء باللون الأزرق بالنسبة لنا.
اتضح أنه عندما تتغير الاضطرابات المذكورة أعلاه على مسافات أكبر من الطول الموجي، يتم إنشاء نمط تشتت فريد جدًا: يقوم الضوء بإنشاء قنوات (فروع) ذات شدة متزايدة، وتستمر هذه القنوات في التفرع مرارًا وتكرارًا مع تقدم الموجة. وقد لوحظت هذه الظاهرة لأول مرة في حركة الإلكترونات في وقت مبكر من عام 2001، وكانت تسمى "التدفق المتفرع" (التدفق المتفرع)، وبعد هذا الاكتشاف، تم الافتراض بأن التدفق المتفرع موجود أيضًا في أنواع أخرى من الموجات في الطبيعة. بما في ذلك الموجات الصوتية وحتى أمواج البحر. والآن اكتشف باحثو التخنيون الظاهرة المذكورة في عالم البصريات، ومن خلال التجارب في مجال البصريات تم اكتشاف سمات جديدة للظاهرة وأفكار جديدة تماما.
يقول البروفيسور ميغيل بانديراس: "لم يكن التدفق المتفرع للضوء هو الظاهرة التي كنا نبحث عنها في المقام الأول". "كان الهدف من البحث هو تشكيل أشعة الليزر في وسط عبارة عن مساحة منحنية - قشرة كروية رقيقة. أنحف قشرة نعرفها هي فقاعة صابون، لذلك أطلقنا أشعة الليزر على القشرة الجزيئية لفقاعة الصابون. ولكن عندما تمكنا من إنشاء فقاعة صابون مستقرة بدرجة كافية بحيث يمكن إرسال ضوء الليزر إليها، اكتشفنا لدهشتنا أن الضوء يتفرع داخل القشرة مرارًا وتكرارًا مثل الفروع والفروع الفرعية التي تنمو من شجرة. استغرق الأمر عامًا قبل أن ندرك أن التفرع يرجع إلى تغيرات بسيطة في سمك القشرة، والذي يختلف من نقطة إلى أخرى. في الوضع الطبيعي، تؤدي مثل هذه التغييرات إلى تشتيت الضوء في كل الاتجاهات، لكن يتبين أنه عندما لا تكون هذه "اضطرابات السُمك" عشوائية تمامًا - ولكن لها حجم مميز (مثل الجبال والوديان) - ينثر الضوء منها عن طريق خلق الفروع.
في دراستهم، سلط الباحثون شعاع ليزر على طبقة رقيقة من الصابون تختلف سماكتها بشكل عشوائي. واكتشفوا أنه عندما يتحرك الضوء داخل القشرة فإنه يشكل فروعًا طويلة - تدفقًا متفرعًا. وفقا لطالب الدكتوراه توليك بيتزوك، "في علم البصريات، عادة ما نعمل بجد للسماح للضوء بالتحرك كشعاع ضيق ومركّز من الضوء، ولكن هنا فوجئنا باكتشاف أن البنية العشوائية لفيلم الصابون ركزت الضوء نفسه وخلقت صورة تذكرنا بأغصان الشجرة. الطبيعة تعطينا المفاجآت، وهذه واحدة منها".
يقول البروفيسور أوري سيون، رئيس التخنيون وعضو هيئة التدريس في كلية الفيزياء وحاصل على جائزة بارتولدو بادلر: "إن النجاح في إظهار ظاهرة التدفق المتفرع للضوء في البصريات يفتح طرقًا جديدة لدراسة وفهم الظواهر الموجية". كرسي: "ليس هناك ما هو أكثر إثارة من اكتشاف ظاهرة جديدة في الطبيعة، وهذا هو أول إثبات لهذه الظاهرة في موجات الضوء. اتضح أنه عندما تبتسم الطبيعة، يمكنك اكتشاف ظواهر رائعة في أنظمة بسيطة جدًا، ولهذا علينا فقط أن نكون منتبهين بما فيه الكفاية. لقد كان هذا جهدًا مشتركًا للباحثين من مجالات مختلفة، مع وجهات نظر مختلفة وخلفيات مختلفة، مما أدى إلى اكتشافات رائعة."
وأضاف: "إن النجاح في مراقبة تدفق متفرع للضوء يفتح إمكانيات جديدة في البحث، بدءاً بتوصيف الوسط الذي يتقدم فيه الضوء بدقة كبيرة وانتهاءً بالتتبع الدقيق لهذه الفروع ودراسة خصائصها". البروفيسور سيون.
وقال أستاذ الأبحاث موتي سيغيف، الحائز على جائزة الدكتور بوب شيلمان: "هذا اكتشاف علمي نُشر على غلاف مجلة نيتشر لأنه يفتح مجالا جديدا في مجال البصريات، رغم أنه ليس له حاليا أي تطبيقات فورية". رئيس وعضو الأكاديمية الوطنية الإسرائيلية للعلوم. "قصة هذا الاكتشاف مثيرة للاهتمام للغاية - الطالب توليك كان يبحث عن شيء واحد واكتشف ظاهرة مختلفة تماما، وبدلا من تجاهلها ومواصلة البحث الأولي، سأل نفسه، ونحن، ما الذي يحدث هنا. هذه هي الطريقة التي أعلم بها طلابي العمل - دائمًا ملاحظة الحقائق التجريبية كما هي وعدم تجاهل الظواهر التي نراها ونجد صعوبة في تفسيرها. تمكن توليك وميغيل من تحسين النظام التجريبي بشكل كبير، حيث تعلما تثبيت فقاعات الصابون بحيث لا تنفجر رغم ثقب الألياف الضوئية لها (التي يتم من خلالها إدخال الضوء إلى الفقاعة)، إلى مستوى جعل من الممكن عزل الفيزياء التي تعمل هنا. لقد استغرق الأمر منا عامًا كاملاً آخر لنفهم أننا نشهد بالفعل تدفقًا متفرعًا من الضوء (Branched Flow of Light)، وهي ظاهرة لم تتم دراستها مطلقًا في سياق موجات الضوء.
ووفقا للبروفيسور سيجيف، "بعد هذه الملاحظة، يمكننا التفكير في العديد من الاتجاهات الجديدة. على سبيل المثال، التحكم في تفرع الضوء للتحكم في التيارات في السائل، أو الجمع بين الصابون ومادة الفلورسنت لتحويل الفروع إلى مصادر ليزر صغيرة، أو استخدام غشاء الصابون كمنصة لدراسة سلوك الموجة. يمكن أن يؤدي هذا البحث الرائد إلى دراسات متابعة متنوعة في العديد من المجالات، وكما فعلنا مرات عديدة في الماضي، فإننا حتى الآن نسعى جاهدين لاستكشاف المناطق التي لم يقم أحد بزيارتها بعد والذهاب إليها.
المشروع البحثي مستمر حاليًا في مختبرات البروفيسور سيجيف والبروفيسور سيون في التخنيون، وفي نفس الوقت في المختبر الجديد للبروفيسور ميغيل بانديراس في UCF. تم إجراء البحث في معهد الحالة الصلبة بالتعاون مع معهد راسل بيري لأبحاث تكنولوجيا النانو (RBNI) في التخنيون.
للمقال العلمي في الطبيعة
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
يلتقي الفوتون والإلكترون داخل البلورة الضوئية
هل ستجعل الطباعة الزجاجية ثلاثية الأبعاد من الممكن إنتاج هياكل ديناميكية كما هو الحال في الطبيعة؟
ليزر أشباه الموصلات: الجيل القادم
تعليقات 11
في البداية اعتقدت - أن هذا ما يحدث عندما لا تكون هناك ميزانية للتعليم العالي - وبشكل عام لم يعد مستوى التعليم في إسرائيل شيئًا.
اعتقدت أن الأمر برمته كان مجرد ظاهرة بصرية كلاسيكية - كم هو مفاجئ هذا.
ومع ذلك، هناك شيء مثير للدهشة - وهو انقطاع التشتت، فلماذا ينتشر إلى أشعة منفصلة وليس إلى شعاع؟
لا يبدو هذا صعبًا للتفسير أيضًا، ولكنه أكثر إثارة للاهتمام.
يذكرني كثيرًا بالظواهر الفيزيائية الأخرى التي لها جميعًا قاسم مشترك واحد موصوف في النظرية التي طورها أ.بيجان
باسم النظرية البنائية. التقيت بها قبل بضع سنوات عن طريق الصدفة
إن تشعب الأوعية الدموية، والفروع في الشجرة، والأوردة المائية في ورقة الشجر، والشعيرات الدموية في الرئتين، وانقسام البرق في السماء، كلها لها أشكال هندسية متشابهة وتدعي النظرية أن هناك قاعدة فيزيائية واحدة توجهها جميعًا.
ما زلت لا تحصل عليه
أنا أفهم ذلك…
وهذه الظاهرة معروفة في الكابالا منذ ما يقرب من 2000 عام. ويسمى "جليبو". عندما يدخل نور الخالق إلى واقع محدود الأبعاد، بحكم كونه محدودًا، فإنه يكون لديه نوع من نظام متفرع من المسارات يشبه "القنوات المحفورة" التي يدخل من خلالها الضوء وينقسم إلى أقسام فرعية إلى ما لا نهاية.
إلياد، إمكانات هذا أيضًا عظيمة بالنسبة للطبيب
اليوم، تُستخدم أشعة الليزر لاختبار الأنابيب، فكر فيما إذا كان بإمكانهم إدخال شعاع ضوئي في نظام الوريد والحصول على نتيجة. له العديد من الاستخدامات، فقط فكر قليلاً.
أعتقد أن الخطوة التالية ستكون تجربة مواد أقل إثارة للمشاكل من فقاعة الصابون. الجرافين - وخاصة الجرافين الملتوي ذو الطبقتين يبدو مثيرًا للاهتمام بالنسبة لي.
اكتشاف مذهل. يذكرنا جدًا بالبرق والانهيار الكهربائي على شكل ضوء ينقسم إلى العديد من الأعطال الضوئية الفرعية.
يمكن استخدامه كأساس لتوجيه الضوء في الشريحة الضوئية
مدمج؟
رائعة حقا!
قوي، اعتمد؟
يا إلهي، هذه هراء. لو لم يكن الناس في التخنيون لضحكت عليهم.
من المؤسف أن هذا عمل أشخاص محترمين ينفقون المال والوقت على هراء.
استثمر في البحث عن علاج لكورونا بدلا من اللعب بفقاعات الصابون وأشعة الليزر.
أحسنت!
المنير والارتقاء في هذه الأيام الصعبة.