نعرف جميعاً حالات المادة الشائعة في حياتنا اليومية (صلبة، سائلة، غازية)، لكن قد تظهر حالات جديدة في ظروف غريبة ومتطرّفة. رصد علماء من الولايات المتحدة والصين حالة مماثلة هذه السنة وأطلقوا عليها اسم «حالة سائلة بوز كيرالية»، وقد تكشف معلومات إضافية عن نسيج الكون من حولنا وآلياته، لا سيّما على المقياس الكمّي فائق الصغر.
تشير حالات المادة إلى طريقة تفاعل الجزيئات في ما بينها، فتنتج هياكل وأنماطاً متنوّعة من السلوكيات. يؤدّي حبس الذرّات في مكانها مثلاً إلى إنتاج حالة صلبة. لكن تنشأ حالة سائلة أو غازية عند السماح لها بالتدفّق.
اكتشف الباحثون الحالة الجديدة عبر نظام كمّي مضطرب. يشمل هذا النظام قيوداً ضمنية تمنع الجزيئات من التفاعل في ما بينها، كما تفعل في الحالات النموذجية. قد تنتج هذه القيود نتائج علمية مثيرة للاهتمام. ركّز الباحثون هذه المرّة على الإلكترونات.
كان النظام الذي ابتكره الباحثون عبارة عن جهاز مؤلّف من أشباه موصلات مزوّدة بطبقتَين: طبقة عليا غنيّة بالإلكترونات، وطبقة سفلى فيها عدد من الفجوات المُعدّة كي تدخل الإلكترونات طبيعياً فيها. لكن لم يكن عدد الفجوات كافياً كي يسع جميع الإلكترونات.
تبقى مراقبة هذا النوع من الأنظمة صعبة، لكن استخدم العلماء حقلاً مغناطيسياً فائق القوة لقياس طريقة تحرّك الإلكترونات، فاكتشفوا أوّل الأدلّة على «الحالة السائلة بوز كيرالية».
كشفت هذه الحالة الجديدة بعض الخصائص المثيرة للاهتمام. تتجمّد الإلكترونات مثلاً وتنتقل إلى نمط متوقّع ووجهة دوران ثابتة على مستوى صفري مطلق، ولا يمكن أن تؤثر فيها جزيئات أو حقول مغناطيسية أخرى. يمكن تطبيق هذا الثبات على أنظمة تخزين رقمية من الناحية الكمّية.
كذلك، قد تؤثر الجزيئات الخارجية التي تحتك بإلكترون واحد على جميع الإلكترونات في النظام بفضل التداخل الكمّي الطويل نسبياً. الأمر أشبه بسحق كرة بيليارد بمجموعة من الكرات الأخرى، فتتحرّك هذه الكرات كلّها في الاتجاه نفسه. يمكن الاستفادة من هذا الاكتشاف أيضاً.
تحمل هذه العملية خصائص فيزيائية رفيعة المستوى، لكن يُقرّبنا كل اكتشاف من هذا النوع (أي العادات السلوكية الغريبة والحالات المتطرّفة التي تحصل خارج حدود التفاعلات الجزيئية الشائعة) من فهم عالمنا بالكامل.
في النهاية، يقول عالِم الفيزياء، تيغران سيدراكيان، من جامعة ماساتشوستس في أمهرست: «قد نعثر على حالات كمّية للمادة على هذه الأطراف، وهي أكثر جموحاً بكثير من الحالات الكلاسيكية الثلاث التي نصادفها في حياتنا اليومية».
نُشرت نتائج البحث في مجلة «ناتشر».
