الحوسبة
استقبال المستقبل مع ليزر أشعة غاما
هل قد يكون هناك أكوان أخرى هناك، متطابقة أو مختلفة عن كوننا؟ حسناً، لا نعرف بعد.
بينما يُعد مفهومًا بارزًا في MCU، فإن نظرية الكون المتعدد لستيفن هوكينغ، التي تُعد مجموعة افتراضية لجميع الأكوان ذات الفضاء والزمان والمادة والطاقة والقوانين الفيزيائية الخاصة بها، لا تزال غير مثبتة، وتوجد فقط في عالم الأفلام والفيزياء النظرية.
ما نحتاج إلى إثبات وجوده هو جهاز كمي. إنه ببساطة نظام يستخدم التأثيرات الميكانيكية الكمومية للعمل، معتمدًا على التحكم والتلاعب بالتفاعلات الكمومية لتحقيق وظائف لا يمكن تحقيقها في الأنظمة الكلاسيكية.
في الفيزياء، الكوانتم، وهو المفرد لكلمة كوانتا، هو الحد الأدنى لأي كيان مادي. على سبيل المثال، كوانتم الضوء هو الفوتون.
الآن، لاكتشاف أسرار الكون، سنحتاج إلى جهاز كمومي معين: ليزر أشعة غاما.
هذا الجهاز الافتراضي سيكون قادرًا على إنتاج أشعة غاما متماسكة، كما ينتج الليزر العادي أشعة ضوء مرئية متماسكة. أشعة غاما (الرمز γ) هي شكل اختراق من الإشعاع الكهرومغناطيسي ينشأ من تفاعلات عالية الطاقة مثل التحلل الإشعاعي لنوى الذرات. كما تنشأ من أحداث فلكية مثل الانفجارات الشمسية.
تتكون أشعة غاما من أقصر موجات الإشعاع الكهرومغناطيسي، أقصر من أشعة إكس. لها ترددات فوق 30 إكساهرتز وطول موجي أقل من 10 بيكومتر. كما أن فوتونات أشعة غاما تمتلك أعلى طاقة فوتونية لأي شكل من أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي.
قبل بضع سنوات، اكتشف العلماء أعلى طاقة لأشعة غاما على الإطلاق، 20 تيرا إلكترون فولت، وهو ما يعادل حوالي عشرة تريليون مرة طاقة الضوء المرئي، من نجم ميت يُدعى النابض.
في أواخر العام الماضي، في الوقت نفسه، التقط الفلكيون صورًا لتوهجات أشعة غاما من الثقب الأسود الضخم M87.
مصدر الصورة: University of California
في وقت سابق من هذا العام، تم رصد كشف متعدد المستشعرات لوميض أشعة غاما شديدة باستخدام الاصطدام بين زعيمين من البرق1. كان ذلك أول مرة يُلاحظ فيها وميض غاما أرضي (TGF) متزامنًا مع تفريغ البرق.
تمت ملاحظة أشعة غاما في ظواهر كونية مختلفة، كما يتم دراستها وإنشاؤها بنشاط من خلال تجارب محددة.
تجارب ليزر أشعة غاما ودراسات الجدوى
تُعد أشعة غاما شكلًا من أشعة الإشعاع الكهرومغناطيسي عالي الطاقة التي تخترق بسهولة وتوفر عدة مزايا في مجالات مختلفة.
تشمل تطبيقاتها المحتملة التصوير الطبي، دفع المركبات الفضائية، علاج السرطان، والسفر بين النجوم. نظرًا لإمكاناتها الواسعة، يبحث العلماء حول العالم في تصنيع ليزر أشعة غاما، أو “غراسر”، لإنتاج أشعة غاما متماسكة.
حصل العلماء من جامعة روتشستر على تمويل فيدرالي للقيام بذلك، حيث يدرسون جدوى مصادر الضوء المتماسكة.
في الثمانينات، اخترع جيرار مورو ودونا ستريكلاند في جامعة روتشستر تقنية تكبير النبضة المشوشة (CPA)، وهي تقنية تزيد من القدرة الذروية لليزر وفازوا لاحقًا بجائزة نوبل في الفيزياء عام 2018. ومع ذلك، لا يزال تطوير ليزر ينتج أشعة غاما غير محقق. لمعالجة ذلك، يدرسون خصائص التماسك للإشعاع المنبعث عندما تصطدم حزم كثيفة من الإلكترونات بحقل ليزر قوي، مما سيساعدهم على فهم كيفية إنتاج أشعة غاما متماسكة.
“القدرة على إنتاج أشعة غاما متماسكة ستكون ثورة علمية في إنشاء مصادر ضوء جديدة، مشابهة لكيفية تغيير اكتشاف وتطوير مصادر الضوء المرئي وأشعة إكس لفهمنا الأساسي للعالم الذري.”
– الباحث الرئيسي، أنطونينو دي بيتسيا & أستاذ الفيزياء في الجامعة
لدراسة كيفية تفاعل الإلكترونات مع الليزر لإصدار ضوء عالي الطاقة، سيبدأ الباحثون بالنظر إلى كيفية إصدار إلكترون أو إلكترونين للضوء قبل أن يدرسون حالات أكثر تعقيدًا مع العديد من الإلكترونات لإنتاج أشعة غاما متماسكة.
“نحن لسنا أول العلماء الذين حاولوا إنشاء أشعة غاما بهذه الطريقة،” قال دي بيتسيا في ذلك الوقت. “لكننا نفعل ذلك باستخدام نظرية كمية كاملة—الكهرومغناطيسية الكمومية—وهي نهج متقدم لمعالجة هذه المشكلة.“
نهج آخر لتطوير ليزر أشعة غاما يشمل إثارة النظائر النووية.
ورقة بحثية2 نشرت قبل بضعة أشهر توضح طريقة إثارة نوى بعض النظائر إلى حالة نووية ذات طاقة أعلى. باستخدام قصف النيوترونات، تُثار النوى المتساوية إلى حالات مستقرة قبل تحفيز الانبعاث المنبثق لأشعة غاما لتحقيق التماسك من النواة.
طريقتهم الجديدة و”غير التقليدية إلى حد ما” تهدف إلى حل “معضلة الغراسر” عن طريق إزاحة شبكة البلورات أثناء قصف النيوترونات.
“التقنية لديها القدرة على إنشاء ليزرات شديدة القوة يمكن استخدامها في تطبيقات متعددة، بما في ذلك أسلحة الليزر،” أشار يوردان كاتساروف من قسم معدات وتكنولوجيات الطيران، وهو جزء من أكاديمية جورجي بنكوفسكي للقوات الجوية البلغارية.
الآن، أنشأ العلماء من جامعة كولورادو دنفر شريحة قد تفتح يومًا ما باب ليزر أشعة غاما.
هذا الجهاز الكمومي الرائد، الذي يصغر إلى حجم يدك، يمكنه توليد حقول كهرومغناطيسية شديدة كانت في السابق ممكنة فقط في مصادمات جسيمات ضخمة. الشريحة بحجم الإبهام لديها القدرة على استبدال مصادمات الجسيمات التي تمتد لأميال في مستقبل ليس ببعيد، وتساعدنا على فك أسرار عميقة في كوننا، اختبار نظريات الكون المتعدد، وإنشاء ليزرات أشعة غاما قوية لتدمير خلايا السرطان على المستوى الذري وتمكين علاجات طبية ثورية أخرى.
اسحب للتمرير →
| النهج | الطريقة | التطبيقات المحتملة | التحديات |
|---|---|---|---|
| الكهرومغناطيسية الكمومية | تصادمات إلكترون-ليزر | التصوير الطبي، الفيزياء الأساسية | الحفاظ على التماسك مع عدد كبير من الإلكترونات |
| إثارة النظير النووي | قصف النيوترونات للنظائر | تخزين الطاقة، أسلحة الليزر | الكفاءة، التحكم في الحالات المستقرة |
| البلازمونات المتطرفة | حجز نانومتري على شرائح سيليكون | مسرعات محمولة، اختبارات الكون المتعدد | إدارة الحرارة، استقرار المواد |
شريحة صغيرة تجلب أحلام ليزر غاما ضمن المتناول
نُشر في مجلة Advanced Quantum Technologies، التي تغطي الأبحاث النظرية والتجريبية في علم الكم والمواد والتقنيات، الدراسة الأخيرة3 على غلاف عدد يونيو.
كما أشارت الدراسة، يمكن تحقيق حجز نانومتري للطاقة الكهرومغناطيسية باستخدام البلازمونات.
البلازمون هو كوانتم من تذبذب البلازم، وهو تذبذب سريع لكثافة الإلكترونات في البلازما أو المعادن. تُشكل هذه الجسيمات الشبهية من خلال تذبذبات جماعية لغاز الإلكترونات في نطاق التوصيل.
و”البلازمونات المتطرفة تطلق إمكانات لا مثيل لها، بما في ذلك الوصول إلى حقول بيتافولت لكل متر غير مسبوقة” (حقول PV/m)، وهي شدة كهربائية عالية جدًا، وقد أشارت الدراسة إلى أن هذه “تفتح إمكانات جديدة واسعة، بما في ذلك تلك في فيزياء الجسيمات وعلوم الفوتون من خلال حجز نانومتري للطاقة الكهرومغناطيسية على نطاق واسع.”
لذلك، طور الباحثون نموذجًا تحليليًا لهذا النوع من البلازمونات بناءً على إطار حركي كمي.
تم تحقيق هذا الاختراق الأخير في جامعة كولورادو دنفر بهدف إحداث ثورة في فهمنا للفيزياء والكيمياء.
“إنه أمر مثير للغاية لأن هذه التقنية ستفتح مجالات دراسة جديدة تمامًا وستؤثر مباشرة على العالم.”
– أكاش ساهى، أستاذ مساعد في الهندسة الكهربائية بجامعة CU Denver
ساهى، إلى جانب كاليان تيرومالاسيتّي، طالب في مختبره يعمل على التقنية معه، يقتربان من تزويد المجتمع العلمي بأداة جديدة تساعدهم على تحويل الخيال العلمي إلى واقع.
“في الماضي، شهدنا اختراقات تكنولوجية دفعتنا إلى الأمام، مثل البنية تحت الذرية التي أدت إلى الليزر، والرقائق الحاسوبية، والصمامات الضوئية. هذه الابتكار، الذي يعتمد أيضًا على علم المواد، يسير على نفس النهج،” أضاف ساهى، الحاصل على دكتوراه في فيزياء البلازم من جامعة ديوك وماجستير في الهندسة الكهربائية من جامعة ستانفورد.
ما تم تحقيقه في هذه الدراسة هو طريقة لإنشاء حقول كهرومغناطيسية شديدة في المختبر كانت مستحيلة سابقًا.
هذه الحقول الكهرومغناطيسية تشغل كل شيء من رقاقات الحاسوب إلى مصادمات الجسيمات الفائقة، التي تُسرّع وتصطدم الجسيمات دون الذرية بطاقات عالية جدًا للحصول على رؤى حول طبيعة المادة والطاقة والكون المبكر.
عندما تهتز الإلكترونات في مادة ما وتنتقل بسرعة عالية جدًا، تُنشأ هذه الحقول الكهرومغناطيسية.
مع ذلك، إنشاء حقول قوية بما يكفي لإجراء تجارب متقدمة يتطلب مرافق ضخمة ومكلفة.
على سبيل المثال، يستخدم العلماء الذين يدرسون المادة المظلمة آلات مثل مصادم الهادرونات الكبير (LHC) في المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية، سيرن، وهو أكبر مختبر فيزياء جسيمات في العالم يقع في سويسرا. يُعد LHC أقوى مسرع جسيمات في العالم، يتضمن حلقة بطول 16.7 ميل (27 كيلومتر) من المغناطيسات الفائقة التوصيل مع عدة هياكل تسريع لرفع طاقة الجسيمات على طول الطريق.
إجراء تجارب على هذا النطاق يتطلب موارد هائلة. ليس فقط أنه مكلف جدًا، بل يمكن أن يكون متقلبًا أيضًا.
لتجاوز هذه المشكلة، بنى مختبر ساهى مادة شبيهة بالرقاقة قائمة على السيليكون (Si) بحجم إبهامك.
السيليكون هو شبه موصل يمكن تعديل خصائصه (التوصيل الكهربائي) بإضافة شوائب (التطعيم) ويُستخدم لتصنيع الرقائق الدقيقة الموجودة في الأجهزة اليومية مثل الهواتف المحمولة، وكذلك السيارات ذاتية القيادة.
المادة الشبيهة بالرقاقة الجديدة يمكنها التعامل مع حزم الجسيمات عالية الطاقة والتحكم في تدفق الطاقة. كما تسمح للعلماء والباحثين بالوصول إلى الحقول الكهرومغناطيسية التي تُنتج من خلال اهتزازات أو تذبذبات غاز الإلكترونات الكمي. وكل ذلك يتحقق في مساحة صغيرة.
الحركة السريعة (التذبذبات) تُنشئ الحقول الكهرومغناطيسية، بينما تمكّن تقنية ساهى المادة من إدارة تدفق الحرارة الناتج عن الاهتزاز وتساعد على الحفاظ على استقرار العينة وسلامتها.
“التلاعب بهذا التدفق الطاقي العالي مع الحفاظ على البنية الأساسية للمادة هو الاختراق. هذا الاختراق التكنولوجي يمكن أن يُحدث تغييرًا حقيقيًا في العالم. إنه يتعلق بفهم كيفية عمل الطبيعة واستخدام هذا الفهم لإحداث تأثير إيجابي على العالم.”
– تيرومالاسيتّي
تقنيتهم يمكنها أن تقلص المصادمات الطويلة إلى رقاقة وتتيح للعلماء رؤية النشاط كما لم يحدث من قبل.
لقد تقدمت الجامعة بطلب للحصول على براءات اختراع مؤقتة على التقنية، في الولايات المتحدة وعلى الصعيد الدولي.
مع ذلك، فإن التطبيقات العملية والواقعية للتقنية ستستغرق سنوات لتتحقق.
في الواقع، بدأ العمل الأساسي للتقنية قبل سبع سنوات في 2018، عندما نشر ساهى بحثه عن مسرعات مضادة للمادة. قال:
“سيستغرق الأمر بعض الوقت، لكن خلال حياتي، من المحتمل جدًا أن يتحقق.”
وبهذا، لديها إمكانات كبيرة في مساعدتنا على فهم أفضل لكيفية عمل الكون على مقياسه الأساسي وبالتالي تحسين حياة الناس. كما أشار ساهى، قد يجعل ذلك ليزر أشعة غاما حقيقة واقعة.
“يمكننا الحصول على تصوير للأنسجة ليس فقط إلى نواة الخلايا بل إلى نواة الذرات الأساسية. هذا يعني أن العلماء والأطباء سيتمكنون من رؤية ما يحدث على المستوى النووي، وهذا قد يسرّع فهمنا للقوى الهائلة التي تهيمن على مثل هذه المقاييس الصغيرة بينما يؤدي أيضًا إلى علاجات طبية أفضل وشفاءات،” شرح. “في النهاية، قد نطور ليزر أشعة غاما لتعديل النواة وإزالة خلايا السرطان على المستوى النانوي.”
تقنية “البلازمونات المتطرفة”، التي هي أيضًا عنوان الدراسة، يمكنها أيضًا مساعدتنا في اختبار إمكانية وجود كون متعدد.
العمل على الشريحة الصغيرة لم ينتهِ بعد. سيتوجه ساهى وتيرومالاسيتّي الآن إلى تحسين مادة الشريحة السيليكونية وتقنية الليزر في مختبر SLAC الوطني لتسريع الجسيمات، وهو مرفق عالمي المستوى تديره جامعة ستانفورد وتموله وزارة الطاقة الأمريكية (DOE)، حيث تم اختبار التقنية.
محاكاة الفراغ الكمومي باستخدام ليزرات فائقة القوة
إذن، كما رأينا، من الكون إلى المختبر، يتطور فهمنا لأقوى ضوء في الكون بسرعة.
لقد التقطنا انفجارات أشعة غاما من نابضات بعيدة، وشهدنا توهجات ثقوب سوداء ضخمة في مجد عالي الطاقة، وحتى سجلنا تصادمات شبيهة بالبرق تنتج ومضات غاما أرضية. الآن، نتعلم إعادة خلق ظروف مشابهة هنا على الأرض.
قبل بضعة أشهر، محاكي الفيزياء في جامعة أكسفورد كيف يمكن لأشعة ليزر شديدة الشدة توليد ضوء حيث لا يوجد شيء، محولين مفهومًا نظريًا إلى واقع.
ما تمكن الفيزيائيون من إنجازه هو أنهم استطاعوا إنشاء، للمرة الأولى، محاكاة ثلاثية الأبعاد لكيفية تأثير أشعة الليزر الشديدة على الفراغ الكمومي وتغييره.
نُشر في مجلة Communications Physics، الدراسة4 تفصل استخدام نمذجة حسابية متقدمة لمحاكاة كيفية تفاعل الليزرات القوية مع الفراغ الكمومي، مكشوفةً في العملية كيف ترتد الفوتونات عن بعضها البعض وتنتج أشعة ضوء جديدة.
أعادت المحاكاة خلق خلط الموجات الرباعية للفراغ (FWM)، وهو ظاهرة تنبأت بها الفيزياء الكمومية التي تنص على أن المجال الكهرومغناطيسي المشترك لثلاث نبضات ليزر مركزة يمكنه استقطاب أزواج الإلكترون-البوزيترون الافتراضية في الفراغ، منتجًا شعاع ليزر جديد في ما يُسمى عملية “الضوء من الظلام”.
“هذا ليس مجرد فضول أكاديمي – إنه خطوة رئيسية نحو تأكيد تجريبي لتأثيرات كمومية كانت حتى الآن نظرية في الغالب.”
– المؤلف المشارك في الدراسة بيتر نوريس، أستاذ في جامعة أكسفورد
تم تشغيل المحاكاة باستخدام نسخة متقدمة من برنامج محاكاة (OSIRIS)، الذي يُنمذج تفاعل أشعة الليزر مع البلازما أو المادة.
“يمنحنا برنامج الحاسوب نافذة زمنية ثلاثية الأبعاد على تفاعلات الفراغ الكمومي التي كانت غير متاحة سابقًا. من خلال تطبيق نموذجنا على تجربة تشتت بثلاثة أشعة، تمكنا من التقاط كامل نطاق التوقيعات الكمومية، إلى جانب رؤى مفصلة حول منطقة التفاعل والمقاييس الزمنية الرئيسية.”
– زكسين (ليلي) تشانغ، المؤلف الرئيسي للدراسة وطالب دكتوراه في قسم الفيزياء بجامعة أكسفورد
تُستخدم هذه النماذج من قبل الباحثين لتصميم تجارب واقعية، مثل أشكال الليزر وتوقيت النبضات. علاوة على ذلك، يمكن للمحاكاة أن توفر رؤى جديدة حول كيفية تغير النتائج حتى بسبب عدم تماثل بسيط في هندسة الشعاع وكيفية تقدم التفاعلات في الوقت الحقيقي.
إلى جانب المساعدة في تخطيط تجارب ليزر عالية الطاقة مستقبلًا، يعتقد الفريق أن الأداة يمكن أن تساعد أيضًا في البحث عن إشارات لجسيمات تحت ذرية افتراضية مثل الأكسونات، وهي مرشح رئيسي للمادة المظلمة.
“سيساعد نطاق واسع من التجارب المخطط لها في أكثر مرافق الليزر تقدمًا بشكل كبير طريقتنا الحسابية الجديدة المطبقة في OSIRIS،” قال المؤلف المشارك في الدراسة لويس سيلفا، أستاذ في المعهد العالي للتقنية بجامعة لشبونة. “إن الجمع بين الليزرات فائقة الشدة، والكشف المتطور، والنمذجة التحليلية والعددية المتقدمة هو أساس لعصر جديد في تفاعلات الليزر مع المادة، والذي سيفتح آفاقًا جديدة للفيزياء الأساسية.”
الاستثمار في تكنولوجيا الليزر
نظرًا لأن ليزر أشعة غاما لم يتحقق بعد، سنستعرض إمكانات الاستثمار في شركة تعمل في تكنولوجيا الليزر العامة.
L3Harris Technologies (LHX ) هي لاعب رئيسي في الفوتونيات المتقدمة وأنظمة الليزر عالية الطاقة للدفاع والفضاء. تنتج الشركة مجموعة متنوعة من أنظمة الليزر، المعروفة بحجمها المدمج وأدائها العالي.
برأس مال سوقي يبلغ 50.7 مليار دولار، تُتداول أسهم LHX حاليًا عند 272.31 دولارًا، بارتفاع 29% منذ بداية العام. في وقت سابق من هذا الشهر، سجلت أسهم الشركة أعلى مستوى لها عند 280.52 دولارًا، بارتفاع أكثر من 45% منذ أدنى مستوى في أبريل. وبذلك، فإن ربحية السهم (TTM) هي 8.96، ومعدل السعر إلى الربح (TTM) هو 30.27.
يمكن لحاملي أسهم LHX الاستمتاع بعائد توزيعات قدره 1.77%.
فيما يتعلق بالبيانات المالية للشركة، أبلغت L3Harris Technologies عن إيرادات قدرها 5.4 مليار دولار وأوامر بقيمة 8.3 مليار دولار للربع الثاني من 2025. كان هامش التشغيل للشركة 10.5% وهامش التشغيل المعدل للقطاع 15.9%. جاء ربح السهم المخفف $2.44، بينما ارتفع ربح السهم المخفف غير المتوافق مع المبادئ المحاسبية العامة بنسبة 16% إلى $2.78.
(LHX )
“حققنا نتائج مبهرة للربع الثاني، مدفوعة بسجل قياسي للكتاب إلى الفاتورة بنسبة 1.5x، ونمو عضوي ثابت، وتوسّع هامش التشغيل للقطاع المعدل على أساس سنوي للربع السابع على التوالي،” قال الرئيس التنفيذي كريستوفر إي. كوباسيك. “هذا يمثل نقطة تحول واضحة، مع أقوى نمو في الإيرادات خلال ستة أرباع وتقدم ملموس نحو الإطار المالي لعام 2026.”
كما أشار كوباسيك إلى أن الدفاع “يدخل دورة استثمارية جيلية، مع نمو ميزانيات الولايات المتحدة والحلفاء بسرعة”، ومع هذا “الطلب المتسارع”، فإن محفظة الشركة متوافقة مع مناطق النمو الرئيسية لتحقيق “نمو مربح مستدام وإبداع قيمة على المدى الطويل”.
آخر أخبار وتطورات أسهم L3Harris Technologies (LHX)
الخلاصة
العلماء والمهندسون يدفعون باستمرار حدود الضوء والمادة. هذه التقدمات تسمح الآن لليزر أشعة غاما بالانتقال من مجرد نظرية إلى تقنية تحولية. استغلال هذا الشكل المتطرف من الضوء لا يمكنه فقط إعادة تعريف الفيزياء بل أيضًا إعادة تشكيل الطب والطاقة وفهمنا للكون نفسه!
انقر هنا للحصول على قائمة بأهم شركات الحوسبة الكمومية.
المراجع:
1. Wada, Y., Morimoto, T., Wu, T., Wang, D., Kikuchi, H., Nakamura, Y., Yoshikawa, E., Ushio, T., & Tsuchiya, H. Downward terrestrial gamma-ray flash associated with collision of lightning leaders. Science Advances, 11(21), eads6906, نُشر 21 May 2025. https://doi.org/10.1126/sciadv.ads6906
2. Katsarov, Y. A new approach to developing gamma-ray laser. Environment. Technology. Resources. Proceedings of the International Scientific and Practical Conference, 4, 467–474, نُشر 2025. https://doi.org/10.17770/etr2025vol4.8388
3. Sahai, A. A. Extreme plasmons. Advanced Quantum Technologies, نُشر 19 May 2025. https://doi.org/10.1002/qute.202500037
4. Zhang, Z., Aboushelbaya, R., Ouatu, I., et al. Computational modelling of the semi-classical quantum vacuum in 3D. Communications Physics, 8, 224, نُشر 5 June 2025. https://doi.org/10.1038/s42005-025-02128-8
