إنجاز عالمي: نبضات أشعة سينية صلبة بالأتوثانية بقمة الشدة

في إنجاز تاريخي للفيزياء التجريبية، نجح فريق بحثي دولي في إنتاج نبضات أشعة سينية صلبة بالأتوثانية بشدة هي الأولى من نوعها عالمياً. التجربة، التي أُجريت في أبريل 2026 في منشأة European XFEL، تُمثل قفزة نوعية في قدرتنا على استكشاف العالم دون الذري. فومضات الأشعة السينية من هذا النوع قصيرة بشكل استثنائي، مما يتيح للعلماء رصد الظواهر الفيزيائية التي تحدث في أطر زمنية كانت مستحيلة الملاحظة سابقاً.

لا يكمن جوهر هذا الإنجاز في قصر مدة الومضات الزمنية فحسب، بل في تركيزها الهائل للطاقة أيضاً. فقد نجح الباحثون في تركيز شعاع الأشعة السينية الصلبة على مساحة أصغر بحوالي 100,000 مرة من المقطع العرضي للشعرة البشرية النموذجية. هذا الضغط المكاني الفائق تركّز في نقطة مجهرية لكنها قوية للغاية، محققة مستويات شدة لم تُسجل من قبل لنبضات بهذه المدة.

يُعد فهم سلوك الإلكترونات داخل الذرات والجزيئات أحد أعظم التحديات في الفيزياء الحديثة. وبسبب تحرك الإلكترونات بسرعات فائقة لا تصدق، فإن رصدها يتطلب أدوات تصوير ذات سرعات غالق مماثلة تُقاس بالأتوثانية — وهي أجزاء ضئيلة جداً من الثانية. وحتى الآن، كان توليد أشعة سينية صلبة بمدى أتوثانية وبشدة كافية لتحليل دقيق يشكل عقبة تقنية هائلة.

تمكن التشغيل الناجح لمنظومة European XFEL من تجاوز هذه العقبات عبر التعامل بدقة مع حزم الإلكترونات واستخدام بصريات تركيز متقدمة. والومضات الناتجة عالية الشدة تتفاعل مع المادة بطرق تكشف عن تفاصيل هيكلية وديناميكية معقدة. تقرب هذه القدرة قطاع الفيزياء خطوة أخرى نحو الهدف المنشود المتمثل في التقاط أفلام حية للحركة الإلكترونية أثناء التحولات الجزيئية.

وبالنظر إلى التبعات طويلة الأجل، تفتح الأبحاث آفاقاً مثيرة للتحكم النشط على المستوى الكمومي. وإذا نجح العلماء في تسخير هذه النبضات ذات نطاق الأتوثانية ليس فقط للمراقبة بل للتحكم النشط في ديناميكيات الإلكترونات أثناء التفاعلات الكيميائية، فقد يؤدي ذلك إلى إعادة كتابة قواعد التركيب الكيميائي وعلم المواد. من خلال توجيه مكان وزمان حركة الإلكترونات، يمكن للباحثين تحفيز تكوين روابط أو كسرها بدقة غير مسبوقة.

تُمثل النتائج، التي نُشرت حديثاً في مجلة Optica، انتقالاً من المقترحات النظرية إلى واقع تجريبي ملموس. ومع استمرار المشغلين وفرق البحث في تحسين هذه التقنيات، تتوقع مجتمع الفيزياء العالمي المزيد من الاكتشافات المتعلقة بالقوى الأساسية والجسيمات التي تحكم المادة. هذا الإنجاز يعزز دور منشأة European XFEL كمركز حيوي للأبحاث الهيكلية والكمومية المتطورة.