عالمان يبتكران مادة توفر طاقة لا نهائية.. قد تغير شكل العالم

الطاقة النظيفة اللامحدودة، وأجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي المحمولة، والحوسبة الكمية الأكثر كفاءة، والانتقال بقطارات فائقة السرعة – هذه ليست سوى عدد قليل من الإنجازات التي يمكن تحقيقها من خلال اكتشاف موصل فائق يعمل في درجة حرارة الغرفة، ويوفر طاقة كهربائية لا نهائية.

كبير مديري التواصل العلمي في معهد بيريميتر للفيزياء النظرية في واترلو، داميان بوب يقول: “إذا صنعت موصلاً فائقاً في درجة حرارة الغرفة فإنك ستكون مشهوراً غداً، وستفوز بجائزة نوبل”.

لذلك لا عجب أن وسائل التواصل الاجتماعي تعج بأخبار LK-99، وهي مادة يُزعم أنها تعمل كموصل فائق عند الضغط المحيط ودرجات حرارة تصل إلى 127 درجة مئوية. على الرغم من أن الخبراء قالوا إن هذا لا يضمن الموصلية الفائقة.

في نهاية شهر يوليو/تموز، نشر فريق من الباحثين في مركز أبحاث الطاقة الكمومية، وهو شركة ناشئة في سيول، ورقتين لم تخضعا لمراجعة الأقران على arXiv (يُنطق “أرشيف”)، وهو خادم ما قبل الطباعة حيث يقدم العلماء بشكل متكرر تقارير النتائج الأولية لأبحاثهم.

وصفت الأوراق LK-99، أباتيت الرصاص الجديد البديل بالنحاس – مركب يتكون من النحاس، والرصاص، والفوسفور، والأكسجين. تم تسميته على اسم اثنين من الباحثين الذين اكتشفوه والسنة التي يقولون إنهم صنعوها لأول مرة.

الأمر المثير بشكل خاص في هذا الادعاء هو السهولة النسبية لتركيب المواد، ووفقاً للطرق المنشورة، تم إنشاء “LK-99” من خلال خلط المواد مع بعضها في الحالة الصلبة، وهي عملية أشبه بعجن مكونات الخبز، ولكن بطريقة أبسط، “لأنه لا توجد مكونات رطبة”.

ووسط جدل كبير حول حقيقة الكشف العلمي، قالت الجمعية الكورية للموصلية الفائقة وعلم التبريد (KSSC)، إن الباحثين في مركز أبحاث الطاقة الكمومية سيسلمون عينات من مادة “LK-99″، وهي المادة التي يزعمون أنها قادرة على توصيل الكهرباء بدون مقاومة في درجة حرارة الغرفة والضغط المحيط، بعد مراجعة لإكمال البحث الذي أجرته مجلة أكاديمية أخرى.

وقالت “KSSC” في رد بالبريد الإلكتروني نقلاً عن مركز الأبحاث: “من المتوقع أن تستغرق عملية المراجعة أسبوعين إلى 4 أسابيع”.

ما هو الموصل الفائق؟

يجب أن تحتوي المادة على خاصيتين رئيسيتين ليتم اعتبارها موصلاً فائقاً. تحت بعض درجات الحرارة الحرجة، يجب أن تطرد جميع المجالات المغناطيسية، من خلال ما يعرف باسم تأثير “مايسنر”، وتوصيل الكهرباء بمقاومة صفرية – مما يعني عدم فقدان أي طاقة على الإطلاق.

من جانبها، قالت الباحثة في معهد ستيوارت بلوسون للمواد الكمية في جامعة كولومبيا البريطانية في فانكوفر، ألانا هالاس: “فكر في الأمر على أنه أشخاص يرقصون في مكان ضيق أو ملهى ليلي”. “في المعدن العادي، الجميع يرقصون بمفردهم ويفعلون ما يريدون. وربما يصطدمون ببعضهم البعض ويضربون الأكواع”. “الموصل الفائق مثل مشهد في فيلم يعرف الجميع دوره كل حركات الرقص وهم يرقصون بشكل متزامن تماماً. ولذا لا أحد يصطدم بأي شخص [ولا نفقد طاقة.”

وحتى الآن، كان العلماء قادرين فقط على تطوير المواد التي تحافظ على هذه الخصائص في درجات حرارة منخفضة للغاية أو ضغوط عالية للغاية، مما يحد من تطبيقها ويجعل تنفيذها باهظ التكلفة.

تم اكتشاف الموصلية الفائقة لأول مرة منذ أكثر من قرن من قبل الفيزيائي الهولندي هايك كامرلينغ أونز. وجد أن الزئبق الصلب يصبح موصلاً فائقاً عند حوالي -269 درجة مئوية. في العقود التالية، تم اكتشاف المزيد من المواد فائقة التوصيل مع درجات حرارة حرجة مماثلة.

بينما لم يتحقق الاختراق الرئيسي التالي حتى ثمانينيات القرن الماضي، مع اكتشاف مركبات “cuprate” – فئة من المواد المحتوية على النحاس يمكن أن تعمل كموصلات فائقة في درجات حرارة أعلى بكثير، تصل إلى حوالي -140 درجة مئوية.

ويأمل الفيزيائيون أن تكون القفزة التالية على مادة يمكن أن تعمل كموصل فائق في درجة حرارة الغرفة.

لماذا هذا مهم؟

يقول الخبراء إن تطبيقات الموصل الفائق في درجة حرارة الغرفة يمكن أن تكون ثورية، حيث قالت هالاس: “أحد الأشياء المثيرة هو التطبيقات في أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي”. “تستخدم التصوير بالرنين المغناطيسي مغناطيسات فائقة التوصيل لإنتاج مجال مغناطيسي قوي، وهو أساس التصوير”.

وتستخدم آلات التصوير بالرنين المغناطيسي الحالية النيوبيوم تيتانيوم لتوليد هذا المجال، ولكن يجب الاحتفاظ به في درجات حرارة في حدود 10 درجات من الصفر المطلق، ويتم الوصول إلى هذه الدرجة عبر تبريد المغناطيسات العملاقة بالهيليوم السائل.

وسيؤدي استخدام الموصل الفائق في درجة حرارة الغرفة إلى إزالة الحاجة إلى الهيليوم السائل للحفاظ على برودة المغناطيس، مما قد يمهد الطريق لأجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي المحمولة التي يمكن إحضارها إلى المجتمعات النائية.

وفي مجال آخر، فإن أستاذ الفيزياء في جامعة هارفارد، سوبير ساشديف، متحمس للغاية بشأن تطبيق محتمل آخر: قوة الاندماج، التي تعد بطاقة نظيفة لا حدود لها من خلال محاكاة ما يحدث في قلب النجوم مثل الشمس.

وقال في مقابلة مع شبكة “CBC”: “لتحقيق الاندماج، عليك أن تأخذ بلازما الجسيمات المشحونة – البروتونات والنيوترونات وما إلى ذلك – وتضغطها في حجم صغير”. “المجالات المغناطيسية هي ما ستستخدمه للقيام بذلك.”

ويرى ساشديف أن الموصلات الفائقة يمكن أن تجعل الاندماج حقيقة واقعة، لكن وجود موصلات فائقة في درجة حرارة الغرفة سيجعل الأمر أسهل بكثير.

وبالنسبة إلى “بوب” من معهد “بيريميتر للفيزياء النظرية”، فمن المهم أيضاً عدم إغفال ما قد يعنيه هذا لبنيتنا التحتية. مثل أبراج نقل الكهرباء، والتي تفقد حوالي 15% من الطاقة من محطة توليد الطاقة حتى تصل إلى منزلك. [إذا قمنا باستبدال كل هذه الأسلاك هناك بأسلاك فائقة التوصيل، فإن الكمية المفقودة ستكون صفر.”

للسبب نفسه، يمكن أن تصبح أجهزة الكمبيوتر أسرع بمئات المرات وأكثر كفاءة في استخدام الطاقة، مع عدم فقدان المزيد من الطاقة مثل الحرارة.

كما يمكن لهذه المادة أن تغير من مفهوم النقل عبر القطارات، إذا ستسمح بتطوير قطارات فائقة السرعة وبدون مقاومة تذكر.

لماذا يشك علماء الفيزياء؟

ليست هذه المرة الأولى التي يتم الإعلان فيها عن موصل فائق يظهر على arXiv. وقال ساشديف: “كل بضع سنوات هناك ادعاء بوجود مادة جديدة أصبحت فجأة موصلاً فائقاً أفضل”. “آخر مرة تبين أنها حقيقة كانت في عام 1987،” مع اكتشاف مركبات cuprate”.

وكان لدى بوب نفس المشاعر، مضيفاً أنه “نوع من قفزة نوعية” للانتقال من المواد فائقة التوصيل عند درجة حرارة -140 درجة مئوية إلى أكثر من 100 درجة مئوية.

وماذا لو كانت LK-99 هي الصفقة الحقيقية؟ لنفترض، في الأسابيع القليلة المقبلة، أن المختبرات في جميع أنحاء العالم قادرة على تكرار الأساليب المنشورة، وإعادة إنتاج النتائج وتقديم تأكيد مستقل بأن LK-99 هو بالفعل موصل فائق. هل هذا يعني أن كل هذه الابتكارات قريبة؟.

قال هالاس إنه على الرغم من أن الطريقة المباشرة لتجميع LK-99 تعني أن الإنتاج يبدو قابلاً للتحقيق على نطاق صناعي، “هذه فقط الخطوة الأولى في مادة تؤتي ثمارها من حيث التكنولوجيا القابلة للاستخدام”. تشمل الاعتبارات الأخرى السلامة والتكلفة والقدرة على تحمل الظروف البيئية المختلفة وسهولة التصنيع في تكوينات مختلفة مثل الأسلاك.