اكتشف فيزيائيون بقيادة لو لي في جامعة ميشيغان تذبذبات كمومية تنشأ من كتلة مادة معزولة، مما يتحدى افتراضات طويلة الأمد في الفيزياء. الاكتشاف، المنشور في Physical Review Letters، يشير إلى ثنائية جديدة حيث يمكن للمواد أن تتصرف كمعادن ومعزلات على حد سواء. تم ملاحظة هذه الظاهرة الغريبة باستخدام مغناطيسات قوية في المختبر الوطني للحقول المغناطيسية.
لو لي، أستاذ فيزياء في جامعة ميشيغان، وفريق دولي من العلماء، اكتشفوا تذبذبات كمومية في سعة الحرارة لمعزول كوندو بوريد الإيتربيوم (YbB12). هذه التذبذبات، التي تُرى عادة في المعادن حيث تعمل الإلكترونات كزنبركات صغيرة تهتز في الحقول المغناطيسية، كانت محل نقاش سابق في المعزلات: هل تنشأ من السطح أم من داخل الكتلة.
أجرى الباحثون تجارب في المختبر الوطني للحقول المغناطيسية، مستخدمين مغناطيسات تصل إلى 35 تسلا، وهي حوالي 35 مرة أقوى من التصوير بالرنين المغناطيسي في المستشفيات. نتائجهم، المفصلة في Physical Review Letters (2025؛ 135 (15))، تؤكد أن التذبذبات داخلية لكتلة المادة، وليست مجرد تأثير سطحي.
"أود أن أدعي أن هناك تطبيقًا رائعًا، لكن عملي يستمر في دفع ذلك الحلم بعيدًا"، قال لي. "لكن ما وجدناه لا يزال غريبًا ومثيرًا حقًا."
يشير الاكتشاف إلى "ثنائية جديدة" في الفيزياء، مشابهة لثنائية الموجة-الجسيم للضوء والمادة التي اكتشفت قبل أكثر من قرن. شرح لي: "بفعالية، نحن نظهر أن هذه الصورة الساذجة حيث تخيلنا سطحًا بتوصيل جيد يمكن استخدامه في الإلكترونيات خاطئة تمامًا. إن المركب بأكمله يتصرف كمعدن رغم أنه معزول."
شملت التعاون أكثر من عشرات العلماء من ست مؤسسات في الولايات المتحدة واليابان، بما في ذلك كوان-ون تشين وطلاب الدراسات العليا يوان تشو، غووكسين تشنغ، ديتشن تشانغ، آرون تشان، وكايلا جينكينز من جامعة ميشيغان.
"لسنوات، سعى العلماء للإجابة على سؤال أساسي حول أصل الحامل في هذا المعزول الغريب: هل من الكتلة أم السطح، داخلي أم خارجي؟" قال تشين. "نحن متحمسون لتقديم دليل واضح على أنه من الكتلة وداخلي."
أضاف تشو: "تأكيد أن التذبذبات من الكتلة وداخلية مثير. لا نعرف بعد أي نوع من الجسيمات المحايدة مسؤولة عن الملاحظة. نأمل أن تحفز نتائجنا تجارب وأعمال نظرية إضافية."
اعترف لي: "أتمنى لو كنت أعرف ماذا أفعل بذلك، لكن في هذه المرحلة ليس لدينا فكرة. ما لدينا الآن هو دليل تجريبي على ظاهرة رائعة، سجلناها، ونأمل أن ندرك في النهاية كيفية استخدامها."
دعم المشروع الجمعية الوطنية الأمريكية للعلوم، وزارة الطاقة الأمريكية، معهد المادة التكيفية المعقدة، مؤسسة غوردون وبيتي مور، جمعية اليابان لترقية العلوم، ووكالة اليابان للعلوم والتكنولوجيا.