تم إثبات خطأ افتراض 180 عامًا حول الضوء: ScienceAlert

اكتشف العلماء مؤخرًا تفاعلًا بين الموجة الكهرومغناطيسية والمكون المغناطيسي الخاص بها أثناء مرورها عبر مادة ما، مما أدى إلى تحديث افتراض عمره 180 عامًا والذي كان فقط مسؤولاً عن التفاعل بين الضوء ومجاله الكهربائي.

هذه الظاهرة، تأثير فاراداي (FE)، تم وصفه لأول مرة في عام 1845 من قبل مايكل فاراداي، مما يوفر بعضًا من أقدم الأدلة على التفاعل بين المغناطيسية وموجات الضوء.

وهو يصف كيفية شعاع مرور الضوء عبر مادة شفافة يتأثر عندما تتعرض تلك المادة لمجال مغناطيسي. على وجه التحديد، وهذا يغير اتجاه استقطاب ذلك الضوء شعاع.

للحصول على منظور مبسط، يمكن أن يكون الضوء غير مستقطب أو مستقطب. عندما يكون الضوء غير مستقطب، تحدث تذبذباته الكهرومغناطيسية في اتجاهات مختلفة (متعامدة مع مستوى انتقاله).

متعلق ب: ظهور المغناطيسية الحلزونية في الكريستال الاصطناعي لأول مرة

ومع ذلك، عندما يكون الضوء مستقطبًا، يتم ترتيب هذه التذبذبات في اتجاه واحد – تخيل أنك تسحب سترة غامضة ومكشكشة من الخزانة وتنعيم أليافها.

كان من المعتقد منذ فترة طويلة أن تأثير فاراداي على استقطاب الضوء كان فقط مسألة المكون الكهربائي للتموج الكهرومغناطيسي الذي يتفاعل مع مغناطيسية المادة والمجال المغناطيسي الإضافي.

في العام الماضي، فريق البحث من الجامعة العبرية في القدس أثبتت تجريبيا تأثير دقيق ولكن واضح للجانب المغناطيسي في عكس FE، حيث يخلق استقطاب الضوء لحظة مغناطيسية في المادة.

في دراسة جديدةقام الباحثون بدمج نتائج تجربتهم مع حسابات معقدة تعتمد على معادلة لانداو-ليفشيتز-جيلبرت، الذي يصف ديناميكيات المغناطيسية في المواد الصلبة، لتحديد ما إذا كان هذا التفاعل الدقيق نفسه قد يكون أيضًا عاملاً في تأثير فاراداي نفسه.

لقد استخدموا النماذج الفيزيائية التيربيوم-الجاليوم-العقيق، بلورة يمكن ممغنطتها ويشيع استخدامها في الألياف الضوئية وتقنيات الاتصالات، لتبني عليها حساباتهم.

تشير الحسابات إلى أن المجال المغناطيسي للضوء يساهم بحوالي 17% من FE في الأطوال الموجية المرئية و70% في الأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء – وهو أمر بعيد عن أن يكون ضئيلًا، كما كان يُفترض سابقًا.

ونتيجة لذلك، فقد أظهروا أن FE يتأثر بشكل مباشر بالمجال المغناطيسي المتذبذب للضوء، وليس فقط بمجاله الكهربائي، كما كان يعتقد.

“الضوء لا يضيء المادة فحسب، بل يؤثر عليها مغناطيسيا. فالمجال المغناطيسي الساكن “يلوي” الضوء، والضوء بدوره يكشف الخصائص المغناطيسية للمادة،” عالم الفيزياء أمير كابوا يشرح.

“ما اكتشفناه هو أن الجزء المغناطيسي للضوء له تأثير من الدرجة الأولى، وهو نشط بشكل مدهش في هذه العملية.”

لذلك، وجد هذا البحث طريقة أخرى لتفاعل المجال المغناطيسي للضوء مع المادة – ليس من خلال التفاعل مع شحنة الإلكترون، ولكن من خلال التفاعل مع جانب آخر من جوانبه الأساسية، وهو دورانه، لأن كل إلكترون في كل قطعة من المادة لديه شحنة ودوران.

وصف كابوا الإنجاز الذي حققته تنبيه العلوم:

“في قلب هذا التأثير يوجد مبدأ أساسي حددناه. يمكنك، بعبارات عامة جدًا، أن تتخيل دوران الإلكترون كشحنة صغيرة تدور حول محورها، تقريبًا مثل قمة مصغرة. ومن أجل التفاعل مع “الإلكترون الدوار” وتحويل اتجاه محور دورانه، فإن المجال المغناطيسي الذي يتفاعل معه يحتاج أيضًا إلى “الدوران”، أي أنه يحتاج إلى أن يكون مستقطبًا دائريًا”.

ويضيف كابوا أن هذا “يخلق صورة متوازنة بشكل جيد: يمارس المجال الكهربائي قوة خطية على الشحنة بينما يمارس المجال المغناطيسي المستقطب دائريًا عزم الدوران على دوران الإلكترون”.

إن اكتشاف هذا التفاعل المهمل في FE يمكن أن يمنح العلماء طريقة للتحكم بدقة أكبر في الضوء والمادة، مما قد يؤدي إلى تقدم في الاستشعار والذاكرة والحوسبة، مثل بقدر جهاز الكمبيوتر الابتكارات من خلال التحكم عالي الدقة في البتات الكمومية المغزلية.

بالإضافة إلى ذلك، مجال الالكترونيات السبينية يستخدم دوران الإلكترون، بدلاً من الشحنات، لتخزين المعلومات ومعالجتها.

“ما يوحي به هذا الاكتشاف هو أنه يمكنك التحكم في المعلومات المغناطيسية مباشرة باستخدام الضوء.” يقول المهندس الكهربائي بنيامين أسولين.

وأخيرا، يعد هذا العمل محيرا لأنه يذكرنا بأحد الركائز الأساسية للعلم – وهو أن الباحثين قد يكتشفون خصائص أخرى غير معروفة بعد للضوء أو غيره من الظواهر الكهرومغناطيسية في أي وقت، حتى في النماذج الراسخة.

هذا البحث منشور في التقارير العلمية.