علماء يحوّلون البلاستيك الرخيص إلى ألماس بأشعة الليزر

مؤكدين وجود نوع جديد غريب من المياه

أظهر بحث جديد مستوحى من عمالقة الجليد مثل كوكبي نبتون وأورانوس أن الليزر يمكن أن يحول البلاستيك العادي إلى ألماس صغير؛ إذ يولد البلاستيك الذي يتم صدمه باستخدام ليزر عالي الطاقة ألماسات نانوية.
فباستخدام أشعة الليزر فائقة القوة، قام علماء بتفجير بلاستيك رخيص وتحويله إلى «ألماسات نانوية» صغيرة، مؤكدين بذلك وجود نوع جديد غريب من المياه.
ويمكن أن تكشف النتائج على الأرجح عن وجود أمطار ألماسية على عمالقة الجليد في نظامنا الشمسي، إذ تشرح سبب امتلاك هذه العوالم المتجمدة مثل هذه الحقول المغناطيسية الغريبة. ويمكن أن تؤدي تقنية الليزر هذه أيضًا إلى المزيد من التطبيقات الأرضية.
والألماسات النانوية عبارة عن ألماس يبلغ قياسه بضعة نانومترات فقط، أو أجزاء من المليار من المتر، وفق ما يقول المؤلف المشارك في الدراسة الجديدة الفيزيائي دومينيك كراوس الذي يعمل في «Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf» بألمانيا، موضحا أن لديهم «تطبيقات حالية ومحتملة مثل تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى غازات أخرى وإيصال الأدوية إلى الجسم»، وذلك وفق ما نشر موقع «لايف ساينس» العلمي المتخصص، نقلا عن مجلة Science Advances.
وقال كراوس «يمكن أيضًا استخدام الألماس النانوي كمستشعرات كمية فائقة الصغر ودقيقة جدًا لدرجة الحرارة والمجالات المغناطيسية، ما قد ينتج عنه عدد كبير من التطبيقات». مبينا أن «هذه التقنية يمكن أن تقلل أيضًا من التلوث البلاستيكي من خلال خلق حافز لإزالة البلاستيك وتحويله من المحيط».
ولسنوات عديدة، اشتبه علماء الكواكب في أن الألماس يتشكل داخل الأجزاء الداخلية المتجمدة لعمالقة الجليد مثل نبتون وأورانوس.
ولمعرفة ما إذا كانت هذه العملية مجدية، أخذ الباحثون ورقة من بلاستيك البولي إيثيلين تيريفثاليت (PET) (النوع الموجود في الزجاجات البلاستيكية) واستخدموا ليزرًا ضوئيًا عالي الطاقة موجودًا في أداة Matter in Extreme Conditions في SLAC National Accelerator Laboratory's بمصدر ضوء Linac Coherent لتسخين البلاستيك لحوالى 10000 درجة فهرنهايت (6000 درجة مئوية). وهذا خلق ضغوطًا أكبر بملايين المرات من تلك الموجودة في الغلاف الجوي للأرض لمجرد أجزاء من المليار من الثانية. وقد صدم هذا الضغط البلاستيك، ما تسبب في إعادة تشكيل ذرات الكربون فيه إلى هيكل بلوري، مع انجراف الهيدروجين والأكسجين عبر هذه الشبكة.
ويشرح كراوس انه «باستخدام ليزر أشعة سينية قوي، يمكننا النظر داخل العينة وإنشاء أفلام للتفاعلات الكيميائية التي تحدث هناك. لقد رأينا تشكيلًا فعالًا للغاية للألماس النانوي داخل البلاستيك المضغوط خلال النطاق الزمني لتجاربنا؛ فقط لبضع نانوثانية».
كما يُظهر البحث الجديد أن هذا النوع من تشكيل الألماس قد يكون أكثر شيوعًا مما كان يعتقد العلماء سابقًا، ما يزيد من احتمالية أن عمالقة الجليد قد تحتوي على طبقات سميكة من الألماس حول قلبها الصلب.
وتشير التجربة الجديدة أيضًا بقوة إلى أنه عند درجات الحرارة المرتفعة والضغوط الموجودة في المناطق الداخلية لمثل هذه العوالم الجليدية، تظهر حالة غريبة من الماء تسمى «جليد الماء الفائق الأيونية». ويسمح هذا الشكل الغريب من الماء للبروتونات بالتحرك عبر شبكة من ذرات الأكسجين.
ويبين كراوس أنه «في حالة وجود مثل هذه المياه الفائقة الأيونية على عمالقة الجليد مثل أورانوس ونبتون، فإن حركة البروتونات عبر هذا النوع الغريب من المادة قد تساعد في توليد المجالات المغناطيسية الغريبة التي لوحظت على تلك الكواكب».
واقترحت الحسابات السابقة أن ذرات الكربون الموجودة على الأرجح في الأجزاء الداخلية للكواكب من شأنها أن تجعل أي ماء فائق الأيونات يتشكل هناك غير مستقر للغاية. لكن «تجاربنا تظهر الآن أن الكربون والماء يزيلان (الفصل غير المقصود للمواد في خليط) عبر تكوين الألماس»، وفق كراوس، الذي يؤكد «وبالتالي، يمكن أن يكون الماء المعزول موجودًا داخل الكواكب، ما يزيد من احتمالية تكوين الماء الفائق الأيونية». وقد يكون من الممكن قريبًا لمركبة فضائية أن تزور جيراننا الجليديين لمعرفة ما إذا كانت الأمطار الألماسية والمياه الغريبة موجودة بالفعل هناك. لذا «نأمل في غضون العقد المقبل، أن يتم إطلاق مسبار فضائي جديد تابع لوكالة الفضاء الأميركية ناسا إلى أورانوس، على النحو المحدد».
وفي هذا الاطار، يمكن أن تحتوي النتائج أيضًا على المزيد من التطبيقات التجارية.
وفي الوقت الحالي، يصنع الناس الألماس النانوي عن طريق تفجير الكربون أو تفجير الألماس الأكبر حجمًا إلى قطع صغيرة بالمتفجرات، ما يخلق خليطًا من الألماس بأحجام مختلفة. لكن كراوس يقول «إن الطريقة الجديدة ستكون طريقة أنظف لصنع الألماس بأحجام معينة».