دانشمندان نور را به حالت فوق جامد تبدیل کردند: پیشرفتی در فیزیک کوانتومی در یک جهش قابل‌توجه در فیزیک کوانتومی، تیمی از دانشمندان ایتالیایی به چیزی دست یافتند که زمانی غیرممکن به نظر می‌رسید: تبدیل نور به حالت فوق جامد، فازی عجیب از ماده که سختی جامد را با جریان بدون اصطکاک یک فراسیال ترکیب می‌کند. این پیشرفت که در مارس ۲۰۲۵ منتشر شد، دیدگاه‌های متداول درباره نور را به چالش می‌کشد و امکانات جدیدی را برای محاسبات کوانتومی، فوتونیک و علم مواد باز می‌کند. این پژوهش به رهبری آنتونیو جیانفاته از CNR Nanotec و داویده نیگرو از دانشگاه پاویا، برای اولین بار فوق جامد را با استفاده از نور به جای گازهای اتمی فوق‌سرد ایجاد کرد. فوق جامد چیست؟ فوق جامد حالتی غیرمعمول از ماده است که دسته‌بندی‌های آشنا مانند جامد، مایع و گاز را به چالش می‌کشد. این حالت ساختار کریستالی شبیه به جامد دارد و در عین حال مانند یک فراسیال بدون مقاومت جریان می‌یابد. تا کنون، فوق جامدها تنها در چگالش بوز-اینشتین (BEC) مشاهده شده بودند، جایی که اتم‌ها یا ذرات زیراتمی تا نزدیک صفر مطلق (-۲۷۳.۱۵ درجه سانتی‌گراد یا صفر کلوین) سرد می‌شوند و در یک حالت کوانتومی مشترک قرار می‌گیرند. در چنین شرایطی، اثرات کوانتومی غالب می‌شوند و رفتارهای عجیبی مانند جریان بدون اصطکاک را ممکن می‌سازند. ایده فوق جامد بیش از ۵۰ سال است که ذهن فیزیکدانان را به خود مشغول کرده است، اما ایجاد آن از نور، که معمولاً به صورت موج یا ذره رفتار می‌کند، یک دستاورد بی‌سابقه است. دیمیتریوس تریپوجورگوس از شورای ملی تحقیقات ایتالیا (CNR) که در این پروژه همکاری داشت، گفت: «ما واقعاً نور را به جامد تبدیل کردیم. این بسیار شگفت‌انگیز است.» چگونه این کار را انجام دادند؟ برخلاف فرآیند انجماد سنتی که مولکول‌ها را برای تشکیل جامد کند می‌کند، این آزمایش از تکنیک‌های کوانتومی برای دستکاری فوتون‌ها، ذرات بنیادی نور، استفاده کرد. محققان از یک پلتفرم نیمه‌رسانا ساخته‌شده از گالیوم آرسنید استفاده کردند که با برجستگی‌های میکروسکوپی برای کنترل رفتار فوتون‌ها طراحی شده بود. با هدایت لیزر به این ساختار، آن‌ها پولاریتون‌ها را ایجاد کردند—ذرات هیبریدی که از جفت شدن فوتون‌ها با اکسیتون‌ها (شبه‌ذرات در نیمه‌رسانا) تشکیل شده‌اند. این پولاریتون‌ها سپس به چگالش بوز-اینشتین هدایت شدند، جایی که ویژگی‌های فوق جامد را نشان دادند. با افزایش چگالی فوتون‌ها، محققان مشاهده کردند که «چگالش‌های اقماری» شکل می‌گیرند، جفت‌هایی از پولاریتون‌ها با اعداد موجی مخالف اما انرژی یکسان، که نشانه‌ای از فوق جامد است. این مدولاسیون فضایی در چگالی فوتون‌ها، ایجاد حالتی ساختارمند و شبیه به جامد را تأیید کرد که همچنان بدون اصطکاک جریان می‌یافت. چرا این مهم است؟ این دستاورد فراتر از یک کنجکاوی علمی است و پیامدهای عمیقی برای فناوری و فیزیک بنیادی دارد. با نشان دادن اینکه نور می‌تواند به صورت فوق جامد دستکاری شود، محققان راه‌های جدیدی برای مطالعه تعاملات نور و ماده در شرایط کوانتومی افراطی باز کرده‌اند. کاربردهای بالقوه کلیدی عبارتند از: محاسبات کوانتومی: نور فوق جامد می‌تواند به کیوبیت‌های پایدارتر منجر شود، که اجزای اصلی کامپیوترهای کوانتومی هستند و کارایی و قابلیت اطمینان آن‌ها را افزایش می‌دهد. ✅ارتباطات نوری: توانایی کنترل نور در حالت جام Agriculturedمانند می‌تواند مدارهای فوتونیک پیشرفته و ذخیره‌سازی حافظه نوری را امکان‌پذیر کند و پردازش داده‌ها و ارتباطات را متحول کند. علم مواد: ایجاد فوق جامدهای مبتنی بر نور ممکن است الهام‌بخش توسعه مواد جدیدی با ویژگی‌های بی‌سابقه باشد که می‌تواند بر زمینه‌هایی مانند محاسبات کم‌مصرف و سیستم‌های لیزری پیشرفته تأثیر بگذارد. جیانفاته و نیگرو اظهار داشتند: «این تنها آغاز درک فوق جامد است» و بر پتانسیل اکتشافات آینده تأکید کردند. چالش‌ها و جهت‌گیری‌های آینده اگرچه این آزمایش یک نقطه عطف است، اما به شرایط بسیار کنترل‌شده نزدیک به صفر مطلق نیاز داشت که آن را پرهزینه و چالش‌برانگیز برای مقیاس‌پذیری در کاربردهای عملی می‌کند. تیم با موانع قابل‌توجهی در اندازه‌گیری ویژگی‌های فوق جامد برای تأیید ماهیت دوگانه جامد-سیال آن مواجه شد، وظیفه‌ای که به گفته دانیله سانویتو از CNR پیچیده بود. تحقیقات آینده بر تثبیت و کنترل این تشکیلات فوق جامد نور متمرکز خواهد بود تا آن‌ها را برای فناوری‌های واقعی قابل‌استفاده کند. دانشمندان همچنین مشتاق‌اند که چگونگی تعامل نور فوق جامد با دیگر اشکال ماده را کاوش کنند، که می‌تواند پدیده‌های کوانتومی جدیدی را آشکار کند. عصری جدید برای فیزیک کوانتومی تبدیل نور به فوق جامد، مفروضات اساسی درباره ماهیت نور و ماده را به چالش می‌کشد. این کشف با پل زدن بین قلمروهای کلاسیک و کوانتومی، نه تنها درک ما از فیزیک را تغییر می‌دهد، بلکه زمینه را برای نوآوری‌هایی فراهم می‌کند که می‌توانند محاسبات، ارتباطات و فراتر از آن را متحول کنند. با ادامه بهبود تکنیک‌ها توسط محققان، توانایی دستکاری نور به عنوان فوق جامد ممکن است عصری جدید از فناوری‌های مبتنی بر کوانتوم را نوید دهد و ما را به آینده‌ای نزدیک‌تر کند که در آن مرزهای ممکن بازتعریف می‌شوند. #فوق_جامد #فیزیک_کوانتومی #نور_به_جامد #نوآوری_علمی #محاسبات_کوانتومی #فوتونیک