العلماء للتو صنعوا أول ميزر ألماسي في العالم والذي يعمل في حرارة الغرفة

لأول مرة يستخدم العلماء الألماس في صنع ميزر في حالة الجماد والذي يمكنه العمل باستمرار في درجة حرارة الغرفة. هذا من الممكن أن يفتح مجالات عدة في استخدام التكنولوجيا في الحياة اليومية مثل التصوير الطبي والمواسح الأمنية في المطارات.

في العام 1917 أعلن آينشتاين فكرة انبعاث الضوء بشكل قسري من الذرّة، خلافاً لمقولة الانبعاث العفوي المعروفة من قبل.وفي عام 1951 أطلق العالم تونز فكرة المايزر كمصدر للموجات المليمترية وثم تبعه العالم فيبر عام 1953 بشرح تفصيلي للموضوع نفسه.

ثم في عام 1954 تم تصنيع أول مايزر في جامعة كولومبيا على يد العالم غوردن والعالم زيجر والعالم تونز. ويتكون من مذبذب جزيئي ومضخم جزيئي اعتمد مبدأ انتقال الترددات في مادة الامونياك.

وفي عام 1956 اقترح العالم بلومبرغن إنشاء مايزر من مادة صلبة يعمل بصورة مستمرة، وقد سهلت طريقة إثارة الذرات التي اقترحها العالمان نيكولاي باسوف، والكسندر بروخوروف تعبئة مستويات الطاقة العالية بشكل مستمر، وتحقق ذلك مخبرياً علي يد العالم سكوفيل، والعالم فيهر، والعالم سايدل الذين ابتكروا أول مضخم للموجات استناداً إلي نظرية بلومبرغن. وتلا هذا الإنجاز نظريات خاصة بمايزر الموجات الدقيقة.

وبدءاً بسنة 1957 إلي سنة 1958 كانت الاختبارات المتتالية متطابقة مع النظريات السابقة تمام التطابق.وفي نهايات 1958 اعتبر المايزر ابتكاراً معروفاً حيث استعمل في الرادار والراديو.

الميزرات يشبهون الليزر ولكنها إصدار يعمل بالموجة الدقيقة. ميزر بالإنجليزية تعني (maser) وهي اختصار ل (microwave amplification by stimulated emmision of radiation) بالعربي: تضخيم الموجات الدقيقة بواسطة الانبعاث القسري للأشعة. وكما يقوم الليزر بإصدار شعاع شديد من الضوء فالميزر يصدر شعاع مركز من الموجات الدقيقة.

والواقع انه لا فرق بين الليزر والمايزر من حيث المبدأ، إلا أن كلا منهما يعمل في حقل موجات يختلف عن حقل موجات الآخر. فالمايزر يستعمل كمضخم للموجات الدقيقة المستعملة في الرادار والاتصالات الفضائية الخارجية؛ ذلك نظراً لضعف التشويش فيه، بينما يستعمل الليزر في حقل الموجات الضوئية المرئية القريبة منها.

في الحقيقة تم اختراعه قبل الليزر وتم استخدامهم في تطبيقات عدة مثل الساعة الذرية، تليسكوبات راديوية وتواصل المركبات الفضائية.

ولكن الميزر ليس سهل في العمل كما يبدو فهو يصنع بتضخيم الموجات الدقيقة باستخدام كريستال مثل ربي وتحت شروط فائقة كمجال مغنطيسي قوي ودرجات حرارة تقرب الصفر المطلق (-٢٧٣ درجة مئوية أو -٤٥٩.٥ درجة فهرنهايت). جميع تلك العقبات تقف في تطبيق تلك التكنولوجيا.

الباحثين في جامعتي (imperial college london) و(university college london) تمكنوا من صنع أول ميزر في حالة الجماد باستخدام قطع ألماس صنعت في المعمل.

المشروع بنيّ على أعمال سابقة في ٢٠١٢ في (ICL) ومعمل الفيزياء القومي البريطاني.

في ذلك الوقت صنع العلماء ميزر في حالة الجماد باستخدام كريستال ال(p-terphenyl) ملتصق به (pentacene) كمضخم ليصبح قادراً على العمل في درجة حرارة الغرفة وبدون مغنطيس- إلا على شكل موجات ضعيفة في ميلي ثواني. إذا عمل باستمرار فيجب أن يصل إلى مرحلة يذيب بها الكريستال.

في هذا النظام الجديد قام الباحثون باستبدال الكريستال عن طريق تنمية ألماس صناعي في جو مليء بالنيتروجين. شعاع إلكترونات ذو طاقة عالية اُستخدم ليخرج ذرات الكاربون من الألماس تاركة ورائها فراغ في المركب.

عند تسخين الألماس تملأ ذرات النيتروجين مكان ذرات الكاربونات التي تركت المركب. ينتج عن ذلك خلل يسمى مركز خلو النيتروجين والتي من الممكن أن يتم التحكم بحركة الإلكترونات بداخلها باستخدام مجالات المغنطيسي، مجالات كهربائية أو الميكروويف.

عند وضعها داخل خاتم من السافير، لتركيز طاقة الميكروويف، وتزويدها بإضاءة الليزر الأخضر، يعمل الميزر ليس فقط في درجة حرارة الغرفة ولكن باستمرار.

“هذه التكنولوجيا يمكن استخدامها في مجالات عدة ولكن أنا أراها أساسية في الكشف الحساس عن الموجات الدقيقة”، قال نيل ألفورد المشارك في تأليفات (imperial college london).

وأيضاً كاشفات المطارات والتصوير الطبي، حيث يعتقد الباحثون أن تكنولوجيا الميزر يمكن استخدامها في التطبيقات الحساسة ككشف القنابل، الحسابات الكمية، استخدام الكواكب الأخرى للعيش.

“الاكتشاف مهّد الطريق لانتشار الميزر وتطبيقاته الكثيرة التي نتحمس لاستكشافها. ونأمل أن يمتعنا الميزر كما فعل الليزر من قبل”.

ترجمة: عبد الرحمن لبيب

المصادر: 1