علماء ينجحون بإبطاء الضوء 10000 مرة !

علماء ينجحون بإبطاء الضوء 10000 مرة !
TT

علماء ينجحون بإبطاء الضوء 10000 مرة !

علماء ينجحون بإبطاء الضوء 10000 مرة !

أثبتت دراسة جديدة طريقة جديدة لإبطاء سرعة الضوء في سيناريوهات معينة؛ وهي تعد بأن تكون واحدة من أكثر الأساليب المفيدة حتى الآن.

ويقول الباحثون الذين يقفون وراء هذا الإنجاز، من جامعة قوانغشي والأكاديمية الصينية للعلوم؛ إن طريقتهم يمكن أن تفيد الحوسبة والاتصالات البصرية.

ويتحرك الضوء عبر الفراغ بسرعة واحدة فقط هي 299.792 كيلومترًا (حوالى 186.000 ميلًا) في الثانية. ومع ذلك، إذا رميت مجموعة من المجالات الكهرومغناطيسية في مسارها، مثل تلك المحيطة بالمادة العادية، فإن تلك السرعة غير العادية تبدأ في التباطؤ.

وتعمل معظم المواد الشفافة على إبطاء الضوء بنسبة ضئيلة؛ إنها التغيرات في السرعة التي تسبب انحناء الضوء أثناء انتقاله من وسط إلى آخر.

غير ان وضع المكابح يتطلب مواد خاصة مثل البلورات الضوئية أو حتى الغازات الكمومية شديدة البرودة.

وفي هذا الاطار، كتب الباحثون في ورقتهم المنشورة «نتصور أن عملنا يوفر اتجاهًا جديدًا تمامًا لتحقيق تفاعلات فائقة القوة بين الضوء والمادة في الرقائق الضوئية النانوية». وذلك وفق ما نقل موقع «ساينس إليرت» عن «Nano Letters».

وتعتمد الطريقة الجديدة على ما يعرف بالشفافية المستحثة الكهرومغناطيسية (EIT)، والتي تستخدم قدرًا ذكيًا من خداع الليزر لمعالجة الإلكترونات داخل الغاز المخزن في الفراغ، ما يحوله بشكل أساسي من معتم إلى شفاف؛ وهذا يعني أن ضوء الليزر يمكن أن يمر عبره، ولكن بسبب كيفية التلاعب به، فإنه يتباطأ أيضًا. وهذا يجعل التجربة مثيرة للاهتمام للغاية بالنسبة للفيزيائيين، ولكن هذا النهج يعني أيضًا فقدان الكثير من الضوء والطاقة.

ولتقليل هذه الخسارة وتحسين كفاءة النظام بأكمله، أخذ الباحثون بعض مبادئ EIT للتحكم في الضوء وصمموا مادة جديدة لإبطاء الضوء.

والمادة الجديدة عبارة عن نوع من الأسطح الخارقة (وهي بنية اصطناعية ثنائية الأبعاد لها خصائص لا مثيل لها في الطبيعة).

جدير بالذكر، كانت الأسطح الخارقة التي صممها الفريق مصنوعة من طبقات رقيقة جدًا من السيليكون؛ مثل رقائق الحوسبة. وقد تبين أنها أفضل بكثير من الخيارات الموجودة.

وبناءً على النتائج التي حصل عليها الباحثون، يمكن إبطاء الضوء بأكثر من 10000 مرة في هذا النظام.

وفي الوقت نفسه، يتم تقليل فقدان الضوء بأكثر من خمس مرات مقارنة بالطرق المماثلة الأخرى. إن مفتاح النهج الجديد هو الطريقة التي يتم بها وضع أصغر وحدات البناء في السطح الخارق (المعروفة باسم الذرات الفوقية). وفي هذه الحالة، فهي قريبة بما يكفي للاندماج معًا، ما يؤثر بدوره على الطريقة التي يتم بها التعامل مع الضوء أثناء مروره.

والنتيجة النهائية هي أن كل هذا العلم المعقد يتحكم بشكل أفضل بكيفية انتقال الضوء.

ونظرًا لأن الضوء يلعب دورًا رئيسيًا في كل شيء بدءًا من الإنترنت عريض النطاق وحتى الحوسبة الكمومية، هناك العديد من التطبيقات المحتملة.

ان هذه الطريقة ليست الوحيدة التي اكتشفها العلماء لزيادة إبطاء الضوء، بما يتجاوز التباطؤ الطبيعي الذي يحدث في مواد مثل الماء. لكن فعاليتها وقابليتها للتوسع تجعلها خيارًا واعدًا لمزيد من الدراسات.

وخلص الباحثون الى القول «مع هذه النتائج، تفتح دراستنا طريقًا جديدًا لتكييف تدفق الضوء في الأسطح الخارقة».


مقالات ذات صلة

«بطاريات هلامية» ناعمة قابلة للتمدد مستوحاة من ثعابين البحر

تكنولوجيا تم تصنيع هذه البطاريات من الهلاميات المائية وهي عبارة عن شبكات ثلاثية الأبعاد من البوليمرات التي تتكون من أكثر من 60% من الماء (شاترستوك)

«بطاريات هلامية» ناعمة قابلة للتمدد مستوحاة من ثعابين البحر

تَحمل وعداً لتطبيقات تتراوح من التكنولوجيا القابلة للارتداء إلى الغرسات الطبية لتوصيل الأدوية وعلاج الحالات العصبية مثل الصرع.

نسيم رمضان (لندن)
تكنولوجيا الهاكثون يسعى لتطوير حلول فعالة ومستدامة لتبني تقنيات الثورة الصناعية الرابعة في جميع القطاعات (واس)

«هاكاثون» سعودي لتطوير حلول تقنية مبتكرة

أتاحت وزارة الاتصالات السعودية التسجيل في هاكثون «تطبيقات الثورة الصناعية الرابعة»، الذي سيقام حضورياً في الرياض خلال الفترة بين 8 - 10 أغسطس المقبل.

«الشرق الأوسط» (الرياض)
تكنولوجيا تساهم «كاوست» بتعزيز ريادة السعودية في تطوير وتبني تقنيات اتصالات الجيل السادس (واس)

«كاوست» لتعزيز ريادة السعودية في تقنيات «الجيل السادس»

دخلت جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية «كاوست» بمدينة ثول (غرب السعودية)، عصراً بحثياً جديداً لتطوير تقنيات الاتصالات من الجيل «الخامس 5G» إلى «السادس 6G».

«الشرق الأوسط» (جدة)
تكنولوجيا استلهاماً من الخفافيش... ابتكر الباحثون طائرة من دون طيار يمكنها التنقل والعمل في بيئات لم يكن بالإمكان الوصول إليها في السابق (EPFL)

مُسيّرات مستوحاة من الخفافيش للتغلّب على تحديات الهبوط

استلهاماً من الخفافيش، ابتكر الباحثون طائرة من دون طيار، يمكنها التنقل والعمل في بيئات لم يكن من الممكن الوصول إليها في السابق.

نسيم رمضان (لندن)
تكنولوجيا جوستين براغي الرئيسة التنفيذية لشركة الذكاء الاصطناعي الناشئة «ثيا تكنولوجي» (كاوست)

«كاوست» تبتكر أداة لعدّ البذور تلقائياً من الصور المجهرية

تتغلّب التقنية الجديدة على صعوبات عدّ آلاف البذور الصغيرة يدوياً، التي قد تستغرق أياماً.

نسيم رمضان (لندن)

تباين طبيعي جيني يؤثر على نجاح دواء لعلاج الآلام المزمنة لدى النساء

تباين طبيعي جيني يؤثر على نجاح دواء لعلاج الآلام المزمنة لدى النساء
TT

تباين طبيعي جيني يؤثر على نجاح دواء لعلاج الآلام المزمنة لدى النساء

تباين طبيعي جيني يؤثر على نجاح دواء لعلاج الآلام المزمنة لدى النساء

أظهرت الأبحاث التي أجرتها جامعة إدنبرة في المملكة المتحدة أن النساء اللاتي يعانين من آلام الحوض المزمنة واللاتي يحملن أيضاً متغيراً وراثياً في جين «نيوريجولين 3 (NRG3)» هن أكثر عرضة للاستجابة للعلاج باستخدام دواء «غابابنتين».

ويعاني ما يصل إلى 26 في المائة من النساء ما بعد الولادة من آلام مزمنة في الحوض، على الرغم من أنه يتم تشخيصها أحياناً على أنها أحد أعراض حالات مثل التهاب بطانة الرحم من خلال إجراءات التحقيق مثل تنظير البطن. ولكن وفي نحو 55 في المائة من الحالات يظل سبب الألم غير معروف.

الاستجابة للدواء

اختبرت الدراسة الحالية التي نُشرت في مجلة «آي ساينس (iScience)» في 15 يوليو (تموز) 2024، 71 امرأة لتقييم سبب استجابة البعض للدواء وعدم استجابة البعض الآخر. واستجابت 29 أمراه للدواء ولم تشهد 42 منهن أي تحسن.

وكشف التحليل الجينومي عن أن متغيراً وراثياً محدداً موجوداً في منطقة غير مشفرة في الجين نيوريجولين 3 NRG3 (rs4442490) تنبأ بشكل كبير باستجابة «غابابنتين (gabapentin)» للألم.

وقال المؤلف الأول سكوت ماكنزي الباحث في مركز الصحة الإنجابية بجامعة إدنبرة في الدراسة إن العامل الوراثي الذي يمكنه التنبؤ بمدى نجاح «غابابنتين» في المرضى يوفر احتمالية علاج مخصص لكل امرأة، ويوفر رؤى لا تقدر بثمن لفهم الألم المزمن، حيث يمكن استخدام العلامة الجينية لتحسين قرارات العلاج الشخصية وتقليل الآثار الضارة للنساء اللاتي يعانين من آلام الحوض.

عقار «غابابنتين»

ووغالباً ما يتم وصف عقار «غابابنتين» للنساء اللاتي يعانين من آلام الحوض المزمنة وهو دواء مضاد للاختلاج ومسكن للألم العصبي، حيث أظهرت تجربة اختبرت فاعليتها لدى النساء المصابات بهذه الحالة نُشرت في 26 سبتمبر (أيلول) 2020 في مجلة «لانسيت (The Lancet)» برئاسة البروفسور أندرو هورن وحدة علم الوراثة البشرية ومركز الصحة الإنجابية بمعهد كوينز للأبحاث الطبية جامعة إدنبرة بالمملكة المتحدة، عدم وجود فوائد كبيرة له مقابل العلاج الوهمي بشكل عام. ومع ذلك أظهر تحليل إضافي للبيانات أن نحو 40 في المائة من النساء اللاتي تناولن غابابنتين استفدن من العلاج في الحالات المزمنة.

وظيفة المتغير الجيني

وبحث المشاركون في الدراسة الجديدة عن معلومات حول وظيفة متغير rs4442490 في عينة كبيرة من البنك الحيوي في المملكة المتحدة بما في ذلك البيانات الجينية وبيانات تصوير الدماغ، وأظهروا أن هناك اختلافات في سمات الدماغ لدى أولئك الذين لديهم هذا المتغير، ما يشير إلى أنه قد يكون لديهم اختلاف عصبي يفسر سبب كون «غابابنتين» أكثر فاعلية بالنسبة لهم من عامة السكان. فقد ثبتت العديد من المجموعات أن المتغيرات الجينية في جين «نيوريجولين 3» متورطة في مجموعة من الاضطرابات العصبية والنفسية بما في ذلك تأخر النمو والضعف الإدراكي والعجز الانتباهي والاضطرابات الذهانية مثل الفصام. بالإضافة إلى ذلك تظهر الأدلة الحديثة أن المتغيرات الجينية الشائعة تربط بين الأنماط الظاهرية للألم المزمن من جهة وبين العديد من السمات التي يقدمها التصوير العصبي.

دور الجين في الأمراض التنكسية العصبية

وكانت مقالة سابقة نشرت في مجلة Frontiers in Aging Neuroscience في 9 أبريل (نيسان) 2021 برئاسة غوان يونغ أوي من مركز علم الأعصاب بكلية الطب بجامعة شانتو في الصين وزملائه، قد لخصت الأبحاث حول التغيرات وأدوار النيوريجولينات في الأمراض التنكسية العصبية.

وتتميز الأمراض التنكسية العصبية بما في ذلك مرض ألزهايمر ومرض باركنسون والتصلب الجانبي الضموري عادةً بفقدان الخلايا العصبية التدريجي والاختلالات العصبية في الجهاز العصبي، ما يؤثر على كل من الذاكرة والوظائف الحركية.

وتلعب النيوريجولينات دوراً مهماً في تطوير وصيانة وإصلاح كل من الجهاز العصبي المركزي والجهاز العصبي المحيطي من خلال مسار إشارات معينة كما أنها تنظم نقل الإشارات بين الخلايا المتعددة وتشارك في مجموعة واسعة من العمليات البيولوجية مثل التمايز والهجرة وتكوين «الميالين (myelin)» وهي مادة غنية بالدهون تحيط بمحاور الخلايا العصبية أي الأسلاك الكهربائية للجهاز العصبي لعزلها وزيادة معدل مرور النبضات الكهربائية على طول المحور العصبي.

وهنا نجد دعمًا للتأثير البيولوجي العصبي لـ«النيوريجولين 3 ـ NRG3» في سياق فاعلية عقار «غابابنتين» في علاج آلام الحوض المزمنة، حيث إن التكرار الناجح أو التحقق من الصحة سيوفر دليلاً أقوى لدعم المشاركة البيولوجية لهذا الجين ويمهد الطريق للفائدة المحتملة للتنميط الجيني SNP genotyping وهو اختبار قائم على التنبؤ بالاستجابة الدوائية وتقسيم الأفراد إلى طبقات، يحتمل أن تستفيد من العلاج بعقار «غابابنتين».

حقائق

26 في المائة

من النساء تقريباً يعانين من آلام مزمنة في الحوض بعد الولادة