10:08 ص
فيزياء الكم
ذهب علماء الفيزياء في جامعة كولورادو بولدر إلى أبعد الحدود لكسب شارات الاستحقاق الكشفية الخاصة بهم لربط العقدة.
في دراسة ستظهر في 22 سبتمبر في مجلة Science ، اكتشف فريق من الباحثين طريقة جديدة لربط العقد المجهرية في محلول من البلورات السائلة. يوجد هذا النوع من المواد في مجموعة واسعة من الأجهزة الإلكترونية من أجهزة التلفزيون عالية الوضوح إلى شاشات الهواتف المحمولة.
وقال Jung-Shen (Benny) Tai ، المؤلف الرئيسي للبحوث الجديدة ، إنه على الرغم من أن العقدة الصغيرة لن تساعدك على تأمين زورق أو خيمة ، إلا أنها عنصر تحكم رائع. بمجرد ربطها ، لن يتم فك هذه المعجنات الجزيئية ، ويمكنها أن تتحد لتشكل بلورات كبيرة ثلاثية الأبعاد.
وقال تاي ، وهو طالب دراسات عليا في قسم الفيزياء: "من خلال تغيير الجهد الذي نطبقه على البلورات السائلة بعقدنا ، يمكننا أن نجعلها تتسع أو تقلص وحتى تشكل شعار CU Boulder عند التلاعب باستخدام الليزر".
يعتقد المؤلف المشارك إيفان سماليوخ أن عقد الفريق البلوري السائل سيكون له استخدامات أخرى أيضًا.
وأوضح أن الفيزيائيين مهتمون منذ فترة طويلة بكيفية تشكيل العقدة في مجموعة واسعة من المجالات الفيزيائية ، مثل تلك الناشئة عن المغناطيس. المشكلة هي أن هذه الظواهر ليست سهلة الملاحظة أو التلاعب باستخدام الأدوات التقليدية.
وقال سماليوخ ، أستاذ الفيزياء: "اقترح العلماء عقد مثل هذه في علم الكونيات ، والفيزياء النووية ، وفيزياء الجسيمات ، في كل مكان". "لكن الأمر الجميل في البلورات السائلة هو أنه يمكنك رؤيتها ودراستها تحت المجهر."
رسم توضيحي عبارة عن مجموعة من عقدة التريفويل في محلول بلوري سائل. الائتمان: معمل سمليوخ
وأضاف أن الدراسة تعتمد على هوس البشرية الطويل الأمد بالعقدة. لعبت مثل هذه الأشكال دورًا رئيسيًا في الأعمال الفنية للثقافات السلتية والنرويجية والتبتية والصينية ، على سبيل المثال لا الحصر.
وقال سماليوخ: "لقد فتنت البشرية بالعقود لآلاف السنين".
العلماء ليسوا استثناء. في القرن التاسع عشر ، على سبيل المثال ، اقترح الفيزيائيان الشهيران ويليام طومسون وجيمس كليرك ماكسويل أن الذرات نفسها قد تكون مكونة من عقدة صغيرة من الطاقة. تم فضح هذا النموذج في نهاية المطاف ، لكنه ساعد في إلهام مجال البحث الحالي يسمى نظرية العقدة الرياضية.
ودفعت الكثير من العلماء للبحث عن عقدة في الظواهر الفيزيائية الأخرى. من جانبهم ، تحول Smalyukh و Tai إلى بلورات سائلة.
هذه الأنواع من المواد مفيدة لأنها تتصرف قليلاً مثل المواد الصلبة والقليل من السوائل.
في الدراسة الجديدة ، جرب الباحثون نوعًا من جزيء البلورة السائلة على شكل حلزون ، أو برغي صغير. لأن هذه البراغي لا تتوافق مع بعضها بشكل جيد ، فإنها تميل إلى الالتواء ، كما قال سماليوخ. نتيجة لذلك ، إذا قمت بخلطها في ظل الظروف المناسبة فقط ، فستظهر الخلل الصغيرة في الحل. من خلال المجهر ، تبدو تلك العقبات مثل حبيبات الرمل العائمة في كوب من الماء.
لكنها ليست الحبوب. انهم عقدة.
تشكل العقدة في شعرية بلورية تحت المجهر. الائتمان: معمل سمليوخ
وقال سماليوخ "نرى عددًا كبيرًا من الجزيئات التي تعرف كيفية ربط العقدة".
بعبارة أخرى ، تشير الجزيئات الموجودة في العقبات الصغيرة إلى اتجاهات مختلفة عن تلك الموجودة حولها. وإذا قمت بقياس توجهاتهم الجماعية في مواقع مختلفة ، فإنهم يتتبعون خط العقدة.
وأضاف تاي أن الفريق قد شهد عدة أنواع مختلفة من العقدة تظهر في حلول الكريستال السائل. أبسطها هو عقدة التريفويل ، التي تعبر نفسها ثلاث مرات وكانت فكرة شائعة في أعمال سلتيك الفنية.
وقال: "كان لدينا أيضًا أكثر تعقيدًا مثل عقدة القرنفل ، أو عقدة بها خمس معابر ، وحتى تلك التي بها سبعة معابر".
ومثل أفضل العقدة ، لن تنجذب هذه الإبداعات ما لم يزعج الباحثون الوسط المحيط - أي ما يعادل استخدام مقص لإحكامهم. ونتيجة لذلك ، تمكن الفريق من استخدام أشعة الليزر لتحريك العقدة ، ودفعها معًا لتشكيل هياكل أكبر بكثير.
وقال تاي "مع البلورات السائلة ، يمكننا بسهولة تصوير وتحليل هذه العقدة ومقارنتها بالعقود الرياضية الفعلية". "لذلك يوفر هذا منصة لطيفة للغاية لاختبار نظرية العقدة."
وافق سماليوخ على ذلك وقال إنه من الممتع أيضًا إيجاد طريقة جديدة للعب باستخدام عقدة.
وقال "نحن نعلم أن هناك تاريخ جميل لأناس مفتونون بإمكانية عقدة في الحقول". "لكن كان من غير المتوقع أن نراهم في هذا التجسيد أمام أعيننا".
ليست هناك تعليقات: