الإلكترونات أجسام ضئيلة مدهشة. غالباً ما تتدلى تزامناً مع الدوران حول النوى الذرية مع أنها ليست مضطرة لفعل ذلك، إذ يعجّ الكون بإلكترونات سائبة وصاخبة.
منذ تسعين سنة، افترض عالِم الفيزياء النظرية يوجين ويغنر أيضاً أنها غير مضطرة للتحرك بهذا الشكل، فقال إن الإلكترونات الحرّة قد تلتصق بمادة غريبة تخلو من الذرات: إنها مجرّد إلكترونات محاصرة بسبب التنافر بينها، فتُشكّل شبكة بلورية متراصة. تُعرَف هذه الشبكة باسم «كريستال ويغنر»، وقد حصل علماء الفيزياء أخيراً على أدلة مباشرة لإثبات وجودها.
يشير الكريستال إلى طريقة ترتيب الذرات في المادة الصلبة. داخل المواد البلورية النموذجية، تلتصق الذرات ببعضها بطريقة تجعلها تنتج نمطاً متكرراً في الفضاء.
إفترض تقرير ويغنر الثوري في العام 1934 أن الإلكترونات قد تشكّل اصطفافات مماثلة بفضل نفور متبادل تنتجه الشحنة السلبية التي تحملها جميع الإلكترونات.
في التجربة الجديدة، استعمل علماء فيزياء من جامعة «برينستون» حقولاً مغناطيسية لإنتاج «كريستال ويغنر» الإلكتروني داخل مادة الغرافين. كان يُفترض أن تكون هذه المادة أصلية قدر الإمكان لتبديد أي آثار قد تنتجها الشوائب الذرية.
يتكل «كريستال ويغنر» على كثافة إلكترونية دقيقة. إذا كانت تلك الكثافة متدنية أكثر من اللزوم، ستتدافع الإلكترونات وتبتعد عن بعضها. وإذا كانت مرتفعة بدرجة مفرطة، تمتزج الإلكترونات في ما بينها وتشكّل إلكتروناً سائلاً.
إستعمل الباحثون مجهر المسح النفقي عالي الدقة لقياس مرحلة الكريستال. تستخدم هذه الأداة ظاهرة النفق الكمّي لاستكشاف المواد على المقياس الذري، وهو مستوى يعجز المجهر الضوئي عن بلوغه.
يوضح الباحثون: «خلال تجربتنا، تمكنّا من تصوير النظام أثناء تعديل عدد الإلكترونات في منطقة الوحدات. من خلال تغيير الكثافة بكل بساطة، يمكننا أن نطلق هذه العملية الانتقالية ونرصد الإلكترونات التي تتحول تلقائياً إلى بلورات منظّمة. تطرح تجربتنا أول صور مباشرة عن هذا الكريستال. لقد أثبتنا أن الكريستال موجود ويمكننا رؤيته».
تبيّن أيضاً أن الإلكترونات لا تحتل نقطة واحدة من الشبكة الإجمالية، بل مجموعة مبهمة من المواقع المعروفة باسم «حركة نقطة الصفر». يُفترض أن تكون هذه الحركة قوية في الإلكترونات، حتى لو تجمّدت داخل «كريستال ويغنر». يبدو أن هذه الحركة الكمّية تغطي ثلث المسافة الفاصلة بينها، ما يجعل هذا الكريستال نوعاً كمّياً جديداً من البلورات.
