اكتشاف جديد يكشف ما يحدث عند مرور الضوء عبر الضوء في تجارب علمية

الضوء وكيفية تأثيره على نفسه في ميكانيكا الكم: فهم جديد وتفاعلات معقدة

لطالما كان اعتقاد العلماء السائد أن الضوء هو كيان لا يتفاعل مع نفسه؛ فالشعاعان الضوئيان يمران دون أي تأثير متبادل، وفق قوانين الفيزياء الكلاسيكية، لكن دراسة حديثة مبنية على بيانات من مصادمات الجسيمات في منشأة سيرن، تعيد صياغة هذا المفهوم، لتظهر أن الضوء يمكن أن يؤثر على نفسه في ظروف خاصة تخضع لقوانين ميكانيكا الكم.

الضوء وكيفية تأثيره على نفسه عبر التبعثر الكمومي

بحسب ميكانيكا الكم، لا يخضع الضوء دائمًا للقوانين التقليدية التي نعرفها، حيث يمكن للفوتونات—وهي الجسيمات التي تنقل الضوء—أن تتفاعل بشكل غير مباشر مع بعضها أحيانًا، عبر ما يُعرف بظاهرة “التبعثر الكمومي للضوء عبر الضوء”؛ وهي حالة نادرة تتيح للفوتونات أن تؤثر في مسارات بعضها البعض دون تصادم مباشر. هذه الظاهرة تعتمد على بيانات دقيقة من مصادمات الجسيمات في منشأة سيرن، التي كشفت عن تفاعلات معقدة بين الفوتونات في بيئات تخضع لقوانين الكم.

الجسيمات الافتراضية ودورها في تفاعل الضوء مع نفسه

في هذه التفاعلات النادرة، لا تتلامس الفوتونات بشكل مباشر، وإنما تنشأ بينهما جسيمات تُعرف بـ “الجسيمات الافتراضية”، التي تحمل خصائص غامضة ولا يمكن رؤيتها أو قياسها بشكل مباشر. هذه الجسيمات تظهر للحظات قصيرة جداً في الفراغ على شكل أزواج متعاكسة الشحنات، تفني كل واحدة منها الأخرى سريعًا، إلا أن وجودها له أثر ملموس في سلوك الفوتونات. يوضح جوناس ماجر من معهد الفيزياء النظرية بجامعة فيينا: “بالرغم من استحالة رصد هذه الجسيمات الافتراضية مباشرة، إلا أن تأثيرها على الجسيمات الأخرى يمكن قياسه بدقة”. ولكي نحسب بدقة سلوك الجسيمات الحقيقية، لا بد من إدراك كل أنواع الجسيمات الافتراضية المتوخاة، وهو ما يجعل هذه الحسابات معقدة للغاية.

نتائج جديدة تُحدث ثورة في فهمنا للضوء وكيفية تأثيره على نفسه

مهما كانت الإيمان السائد أن تبعثر الفوتونات كان يهيمن عليه أزواج الإلكترون والبوزيترون الافتراضية، تشير الدراسة الجديدة المنشورة في “فيزيكال ريفيو لينرز” إلى أن جسيمات أخرى، مثل “الميزيونات ذات النمط التنسوري”، تلعب دورًا أكبر مما كان معتقدًا سابقًا في هذه الظاهرة، بل وتؤثر هذه الجسيمات على الخواص المغناطيسية لجسيمات الميون التي اكتسبت اهتمامًا خاصًا في النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات نظرًا لعدم توافق نتائج تجاربها الحديثة مع التوقعات النظرية. هذه الاختلافات تطرح احتمال وجود فيزياء جديدة تتجاوز ما نعرفه، لكن قبل تأكيد ذلك، على العلماء التأكد من دقة حسابات النموذج الحالي، مع الأخذ بعين الاعتبار التفاعلات النادرة كالتبعثر الكمومي بين الفوتونات.

• الضوء يمكن أن يخوض تفاعلات ذاتية غير مباشرة من خلال التبعثر الكمومي
• الجسيمات الافتراضية تقدم تفسيرًا لآلية تفاعل الفوتونات مع بعضها
• اختلافات في سلوك الميون تدعم احتمالية وجود فيزياء جديدة

فهم كيف يؤثر الضوء على نفسه، ولو بطرق غير مباشرة، يفتح الباب أمام تفسير أعمق لمفاهيم مثل الفراغ الكمومي وطبيعة الزمكان، ويحفز الباحثين على إعادة النظر في الحسابات الدقيقة للتفاعلات دون الذرية. على الرغم من أن سلوك الضوء يظل كما نعرفه في حياتنا اليومية، إلا أن هذه الدراسة تبرز أن الضوء يخوض حوارًا خفيًا مع نفسه في أعماق التفاعلات الكمومية داخل الفراغ. هذه النتائج تُعتبر خطوة مهمة نحو توسيع آفاق الفيزياء نحو مفاهيم جديدة شاملة وأكثر تعقيدًا، قد تغير فهمنا الأساسي للطبيعة.