يمكنك أن تفكر في الإلكترون ككرة تنس طاولة داخل مخروط الآيس كريم. عندما يكون النظام مستقرًا، لا يكون لدى كرة تنس الطاولة "سبب" واضح للارتفاع وترك الكأس والتجول في العالم الخارجي. ولكن، اتضح أنه في مواقف معينة قد يتسرب الإلكترون (باحتمال ضعيف) و"يمر عبر الجدار" الذي يسده.
في لندن، تنافس مؤخراً عدائون من جميع أنحاء العالم، بهدف إظهار الجميع من منهم الأسرع في العالم في مجالهم. لكن القياسات السريعة جدًا يتم إجراؤها في مختبر صغير، في نهاية ممر في الطابق السفلي من مبنى الفيزياء في معهد وايزمان للعلوم - مختبر الدكتورة نيريت دودوفيتز. وفي تجربة حديثة نشرت نتائجها في مجلة الطبيعة العلمية، تمكن الدكتور دودوفيتز من قياس مقدار الوقت اللازم "لتدفق" الإلكترون و"الهروب للحظة" من مكانه.
يمكنك أن تفكر في الإلكترون ككرة تنس طاولة داخل مخروط الآيس كريم. عندما يكون النظام مستقرًا، لا يكون لدى كرة تنس الطاولة "سبب" واضح للارتفاع وترك الكأس والتجول في العالم الخارجي. ولكن، اتضح أنه في مواقف معينة قد يتسرب الإلكترون (باحتمال ضعيف) و"يمر عبر الجدار" الذي يسده. وهذا "التسرب" هو ظاهرة كمومية تسمى النفق، والتي تنشأ من الطبيعة الموجية للجسيمات. وهذه إحدى الظواهر الأساسية في نظرية الكم، وقد تحدت خيال الفيزيائيين لعقود من الزمن، ويرجع ذلك أساسًا إلى عدم وجود مثال مواز لها في العالم "العادي".
يظهر نفق الكم في مجموعة واسعة من الظواهر في الطبيعة. يقوم الدكتور دودوفيتز بدراسة نوع معين من حفر الأنفاق، والذي يحدث نتيجة لتنشيط مجال ليزر قوي. مجال الليزر "يساعد" الإلكترون قليلاً: فهو "يثني" حافة الكأس من أجله، بحيث يكون من الأسهل عليه أن يتدفق للخارج عن طريق النفق. يحدث الانحناء في نافذة فرصة ضيقة للغاية، والتي تدوم حوالي 200 أتو ثانية فقط (الوقت الذي تكون فيه موجة الضوء في ذروتها). الأتو ثانية هي جزء من مليار من مليار من الثانية. ولأن نافذة الفرصة قصيرة جدًا، لم يتمكن العلماء، حتى الآن، من قياس زمن حدوث الظاهرة بشكل مباشر.
في الواقع، لا تطمح الإلكترونات إلى الراحة فحسب؛ كما أنهم مخلصون تمامًا، لذلك بعد "رحلة" خارج المادة التي أتوا منها، يميلون إلى العودة إلى "الوطن". عندما يعود هذا الإلكترون ويتم امتصاصه من قبل المادة الأم، فإنه يتسبب في انبعاث الفوتون. يمكن امتصاص هذا الفوتون وقياسه. أتاحت مثل هذه القياسات للدكتور دودوفيتز متابعة تدفق الإلكترونات في البعد الزمني.
واستند هذا القياس إلى أن الإلكترونات "الطائرة" تعود إلى قاعدتها الأصلية، بعد "الرحلة"، في خط مستقيم. وبالتالي، إذا انحرفت مادة البداية قليلاً (على سبيل المثال، عن طريق مجال ليزر إضافي)، فمن الممكن أن يتسبب ذلك في عودة الإلكترون في خط مستقيم حتى لا يجد قاعدته في مكانه. في مثل هذه الحالة، نظرًا لعدم امتصاص الإلكترون في المادة، فلن ينبعث أي فوتون. وهكذا يتم تسجيل زمن "تسرب" الإلكترون، وقياس الفارق الزمني حتى انبعاث الفوتون (يدل على عودته إلى المادة المصدر).
لكن ليست كل الإلكترونات متساوية. سوف "تتدفق" الإلكترونات ذات الطاقات المختلفة من "حافة الكأس" في أوقات مختلفة. طلب الدكتور دودوفيتز أن يعرف بالضبط إلى متى يظهر هذا الاختلاف. وللقيام بذلك، استخدمت بشكل أكبر ظاهرة الوجود الموازي للجسيمات، على شكل موجات. عندما تعود الإلكترونات المتدفقة إلى "قاعدتها"، تتصادم أشكالها الموجية مع بعضها البعض. عندما يدمر التداخل، يكون هناك، في الواقع، طرح موجة من أخرى. والنتيجة في هذه الحالة تعبر عن الفارق الزمني بين أوقات المغادرة المختلفة. وتمكن الدكتور دودوفيتز من قياس هذا الفارق، والذي كان حوالي 50 أتو ثانية. وبقدر ما هو معروف، هذه هي واحدة من أقصر الفترات الزمنية التي تم قياسها على الإطلاق.
ويقدم هذا البحث نظرة أعمق إلى عالم الفيزياء الذرية، ويلقي ضوءًا جديدًا على مختلف الظواهر الأساسية. والمعرفة الجديدة التي تنبثق عنها قد تكون بمثابة أساس لتكنولوجيات مستقبلية قوية.
