كيف تم تصوير الإلكترون ؟ ( 1 ) بإستخدام (
الأتوثانية )
فى إنجاز علمى غير مسبوق تمكن ( د / محمد
ثروت حسن ) من تصوير أسرع الجسيمات فى الكون فلقد نجح فى تصوير حركة الإلكترونات
داخل طبقات الجرافين حيث كان ( د / محمد ثروت حسن ) ضمن الفريق البحثى لاثنين من
العلماء الحائزين على جائزة نوبل وهما ( د / أحمد زويل و د / أجنبى الجنسية ) حيث
إن مصر لها بعد كبير فى رحلة استكشاف أعماق المادة
( د / أحمد زويل / د / محمد ثروت حسن ) حيث
أن أبحاث ( د / أحمد زويل ) نجحت فى دراسة حركة الجزيئات فى زمن
( الفيمتوثانية ) بعده جاء ( د / محمد ثروت
حسن ) فى بحث جديد حيث تمكن من تصوير حركة الجسيمات الأصغر من الجزيئات (
الإلكترونات ) وفى زمن أقصر ( الأتوثانية ) .
فلا بد من معرفة الفرق بين أبحاث ( د / أحمد
زويل ) وأبحاث ( د / محمد ثروت حسن ) أى الفرق بين كل من الفيمتوثانية و
الأتوثانية فكيف تمكن ( د / حسن ) من تصوير الإلكترون ؟ حيث أن الذرة التى كانت من
المستحيل رؤيتها حيث تم التطوير وأصبح العلم قادرا على تصوير أصغر مكون فى الذرة (
الإلكترون ) فلن يستخدم مصطلح ( السحابة الإلكترونية ) مرة أخرى حيث أن الإلكترون
حركته سريعة جدا فسيكون له مناطق محتمل تواجده فيها حيث يوجد الميكروسكوب
الإلكترونى فالبحث الجديد ( أتومايكروسكوبى ) تشبه ( الأتوثانية ) حيث قام ( د /
أحمد زويل ) بشرح كيف أن الميكروسكوب الإلكترونى رباعى الأبعاد أصبح أداة لكشف
أسرار المادة ففى سنة ( 1897 ) عندما تم اكتشاف الإلكترون لأول مرة على يد (
طومسون ) حيث أن الورقة البحثية الجديدة سنة ( 1924 ) والتى كانت ثورية جدا حيث أن
كل المواد لها طبيعة جسيمية وموجية حيث أن ظهور الميكروسكوب الإلكترونى ثلاثى
الأبعاد لأنها تمكن من التصوير والحيود فى وقت واحد حيث إن إمكانية الوصول إلى شكل
المركب حيث وصلنا للميكروسكوب الإلكترونى رباعى الأبعاد لأنه تم إضافة عنصر الزمن
حيث تم الحصول على كل المميزات السابقة + الوقت .
وبعد وفاة ( د / أحمد زويل ) فى ( 2 / 8 /
2016 ) تمكن ( د / محمد ثروت حسن ) أن يكمل ما بدأه د / أحمد زويل باستخدام
الميكروسكوب الإلكترونى فائق السرعة فى نطاق ( الأتوثانية ) حيث إن البحث الجديد يكسر
زمن ( الأتوثانية ) حيث وصل إلى
( 10 أتوثانية ) ووصل لزمن أقصر لأن الجديد
أن ( د / محمد ثروت حسن ) تمكن من رصد الإلكترون فى زمن أقصر من 1 أتوثانية
بتفاصبل أكثر فما الميزة من الزمن الدقيق .
تعريف بد / محمد ثروت حسن :
يعمل كأستاذ للفيزياء والعلوم البصرية فى
إحدى الجامعات بأمريكا وهو من مواليد القيوم سنة ( 1983 ) وتخرج من كلية العلوم جامعة القاهرة سنة ( 2003 )
وحصل من كلية العلوم جامعة القاهرة على الماجستير سنة ( 2008 ) وبعدها سافر ألمانيا
لدراسة الدكتوراة فى معهد ( ماكس بلانك ) للبصريات الكمية وحصل على الدكتوراة سنة
( 2013 ) ولقد كان
( د / محمد ثروت حسن ) من ضمن الفريق البحثى
التابع لد / أحمد زويل ونشر معه مجموعة من الأبحاث منهم بحث منشور سنة ( 2017 )
ونتيجة لأبحاثه حصل ( د / محمد ثروت حسن ) على جوائز مرموقة
لماذا نحتاج لتقليل الزمن ولماذا (
الفيمتوثانية / الأتوثانية ) ؟
إن حركة أجنحة الطائر الطنان سريع جدا فعن
طريق تصوير أجنحة الطائر الطنان فلا يمكن
رؤية الطائر الطنان أصلا فنحتاج كاميرا من نوع خاص حيث سنحتاج كاميرا تشتر وغالق
كاميرا سرعته عالية جدا جدا من أجل عمل فريز للحركة ولكى نبطىء الحركة فالعين ترى
تفاصيل دقيقة فالوقت فى الأصل هو العدو الأول والحركة هى تغير فى الزمان والمكان تغير
فى الموضع مع مرور الوقت فكل مكان الوقت الذى يستغرقه المستشعر لإلتقاط الصور أقصر
أو التغير فى موضع الجسم المتحرك حيث
سيظهر الجسم أكثر ثباتا فىى الصورة فلما نستخدم سرعة فالق الكاميرا قصيرة (
1 / 1000 من ث ) يعنى غالق الكاميرا يفتح ويقفل فى زمن مقداره ( 1 / 1000 من ث )
فهذا معناه أنه فى كل فتحة وقفلة لغالق الكاميرا فالكاميرا ستلتقط ( فريم ) ففكرة
أى فيديو هو عبارة عن تتابع من ( الفريمات )
ولما يكون التتابع مأخوذ فى فترة زمنية قصيرة ( 1 / 1000 من ث ) يعنى فى حركة أجنحة الطائر الطنان تبعد ( 1 /
1000 من ث ) تم أخذ صورة وبعد ( 2 / 1000 من ث ) أخذ صورة ثم 3 / 1000 من ث تم أخذ
صورة فى هذه الحالة سنتمكن من تطوير أجنحة الطائر الطنان بحركة بطيئة حيث توضح
التفاصيل بدقة كبيرة جدا جدا وهذا الذى حققه ( د / أحمد زويل ) لما تمكن م عتن
تقليل زمن عدسة الكاميرا فى الفتح والغلق لزمن قيمته الفيمتوثانية فميكروسكوب
الفيمتوثانية الخاص بالد / أحمد زويل كان مخصص لدراسة حركة الجزيئات .
أما عن طريق تصوير الإلكترون والذى هو سريع
جدا جدا يكاد يصل لسرعة الضوء فى هذه الحالة سنحتاج تقليل زمن الشتر أكثر حيث
سنحتاج لتقليل زمن الشتر أكثر لتقليل زمن غالق
الكاميرا أكثر وهذا الذى يسمح به ( د / محمد ثروت حسن ) فلما تقلل زمن غالق
الكاميرا إلى ( 1 أتوثانية ) أو ( الأتوثانية ) والأتوثانية هى تفسيم الثانية
لمليار جزء وتم تقسيم كل جزء من المليار لمليون جزء نصل لزمن ( الفيمتوثانية )
فالفيمتوثانية هى جزء من مليون من مليار جزء من ث لكن الفيمتوثانية لو تم تقسيمها
إلى ( 1000 جزء ) سنصل إلى ( الأتوثانية ) فلكى نصور الإلكترون نحتاج لغالق كاميرا
يفتح ويقفل فى زمن مقداره
( 1 أتوثانية ) عن طريق استخدام ( نبضات
الليزر ) وبين كل نبضة ليزر وأخرى نحتاج الزمن يكون ( 1 ) اتوثانية .
كيف يعمل غالق الكاميرا من نبضات الليزر ؟
إن الليزر عبارة عن شعاع متصل فلا بد من
الحاجة لشعاع ليزر منفصل متمثل فى ( ومضات ليزرية ) بديل لغالق الكاميرا لكى نخرج
( فاستر ليزر بلس ) ( النبضات الليزرية السريعة جدا ) حيث نبدأ بنبضات من الليزر
فى زمن ( الفيمتوثانية ) يسلط على وسط غازى حيث إن ومضات الليزر تؤين الذرات حيث
إن شعاع الليزر عندما يقفز على كل ذرة يأخذ منها إلكترون فتزيد طاقة الإلكترون
وبعد قليل يرجع الإلكترون لنفس الذرة التى خرج منها مرة أخرى بل لا بد من فقد
الطاقة التى اكتسبها الإلكترون ففقد الطاقة يكون على شكل فوتونات حيث أن الفوتونات
تتجمع مع بعض فى النهاية وتطلع بالوسط الذى يوجد به الغازات على شكل نبضات من
الليزر فلا بد من عمل الكاميرا اشتر بحيث يكون الفرق الزمنى بينهما قصير جدا فنبدأ
بتسليط شعاع من الليزر فى زمن ( الفيمتوثانية ) على وسط به غازات حيث يخرج شعاع
آخر من الليزر أو نبضات من الليزر فى زمن
( الأتوثانية ) مما يعنى تتابع النبضات
الليزرية فتتابع النبضات الليزرية حيث أن الفرق هو تقليل الوقت فى الحالة الثانية
حيث يتم تصنيع ( الكاميرا شتر ) بنجاح فالمطلوب هو استخدام ( الكاميرا شتر ) فى
تصوير الإلكترون .
كيف يتم تصوير الإلكترون ؟
يستخدم نبضة ليزر ( نبضة الضخ ) بحيث تهيج
الذرات و ( نبضة الاستطلاع ) من الليزر لتثير الإلكترونات حيث أن فكرة أبحاث ( د /
أحمد زويل ) و ( د / محمد ثروت حسن ) فكل الأبحاث التى قاموا بها مبنية على فهم
الكيفية التى يرى بها الإلكترون ؟ وكيف يتم تصوير الإلكترون ؟ مبنى على عدة أفكار
:
1 ) من أجل معرفة كيفية تصوير حركة الجزيئات
حيث أن النبضة ( 1 ) تهيج الذرات أو الجزيئات مما يعنى تحفيز الإلكترونات لمستويات
طاقة أعلى والنبضة ( 2 ) ( نبضة الفحص ) ترسل بعد النبضة ( 1 ) حيث تقيس حالة
المادة بعد فترة زمنية قصيرة جدا فى ( 1 أتوثانية ) ( الأتوثانية ) حيث أن النبضة
( 1 ) تحدث بلبلة والنبضة ( 2 ) هى التى تصور البلبلة فلا بد من عمل
( فريمس ) أو ( سناد شوتس ) مما يعنى أخذ
لقطات حيث تم أخذ أول لقطة وفى اللقطة ( 2 ) والنبضة ( 1 ) ستهبط فى المادة حيث أن
( نبضة الفحص / 2 ) ترسل بعد النبضة ( 1 ) بتأخير زمنى وتقوم بتهييج الإلكترونات
حيث سيتم تأجيل نبضة الاستطلاع ( نبضة الفحص / 2 ) بعد ما تم ارسالها فى زمن واحد
قدره ( 1 أتوثانية ) سنرسلها بعد زمن ( 2 أتوثانية ) لكى نعرف ما الذى حدث ؟ بعد زمن
( 2 أتوثانية ) فالصورة ( 1 ) تم عرضها فما الذى حدث ؟ أو عرف البشر مكان
الإلكترون بعد زمن ( 1 أتوثانية ) أما عند تأجيل الصورة ( 2 ) فى زمن ( 2 أتوثانية
) حيث سنرى حركة الإلكترون بعد زمن ( 2 أتوثانية ) أما الصورة ( 3 ) فنرسل ( ومضة
الاستطلاع ) حيث أن ( نبضة الفحص / 3 ) ترسل بعد النبضة ( 1 ) بتأثير زمنى =
( 3 أتوثانية ) حيث يوجد الفريم ( 3 ) حيث
وجد تتابع من الصور فعند تشغيل الفيديو حيث إن المؤشر سيقفز من على الصور حيث تم
رؤية فيديو لحركة الإلكترونات فى قلب المادة فهذه الطريقة هى التى تأخذها
الإلكترونات فى توزيع نفسها وكيف تتقاعل مع الوسط المحيط بها والجديد فى بحث ( د /
محمد ثروت حسن ) هو نجاحه فى تقليل زمن ( الشتر ) إلى 1 أتوثانية مما يعنى نجاحه
فى توثانية مما يعنى نجاحه فى إنتاج ومضات بينهم زمن واحد ( 1 أتوثانية ) .
فعن طريق تطبيق البحث المشترك بين ( د / أحمد
زويل / د / محمد ثروت حسن ) .
البحث المشترك بين ( د / أحمد زويل / د /
محمد ثروت حسن ) :
إن المجهر الإلكترونى قادر على التقاط صور
حركة الإلكترونات بسرعة فائقة بدقة زمنية عالية جدا جدا حيث أن المدة الزمنية
معناها القدرة على التقاط صور مثالية ومتتابعة لفترات قصيرة جدا جدا فى زمن (
الأتوثانية ) مما يجعل التغيرات الحادثة بسرعة كبيرة حيث أن ( الديناميكا
الإلكترونية ) معناها حركة الإلكترونات فى قلب المادة فالمجهر الإلكترونى جهاز يستخدم
حزمة من الإلكترونات لفحص المادة فالميكروسكوب الإلكترونى يوجد به كاثود فعن طريق
تسليط ومضات من الليزر على الكاثود فى زمن ( الفيمتوثانية ) حيث ستطلع ومضات من
الإلكترونات فى زمن ( الفيمتوثانية ) وبما أن الوحدة الزمنية الجديدة أصبحت (
الأتوثانية ) بدلا من ( الفيمتوثانية ) بفعل الظاهرة ( الكهروضوئية ) التى هى
انبعاث الإلكترونات من سطح المادة لما يسقط عليها الضوء .
الخلاصة :
1 ) ما الذى قام به كل من ( د / أحمد زويل )
و ( د / محمد ثروت حسن ) فى بحثهما المشترك مما يعنى ماذا فعلت الأبحاث السابقة
لكل منهما على حدة ؟
2 ) تحديد المشكلة لكى يتم حلها .
3 ) ماذا سيفعل كل من ( د / أحمد زويل ) و (
د / محمد ثروت حسن ) بعد الخروج من اكتشاف ( الأتوثانية ) ؟
التطبيق :
إن الميكروسكوب الإلكترونى فائق السرعة جهاز
قوى جدا لتصوير حركة الجزيئات بسرعة فى زمن ( الفيمتوثانية ) لسرعة حركة الذرات
وبما أن تصوير حركة الإلكترونات ما زال بعيدا مما يعنى أن البحث العلمى المنشور
سنة ( 2017 ) لم يتم الوصول لتصوير الإلكترونات فإن تصوير حركة الجزيئات ما زال
سرا بالنسبة لتصوير الإلكترونات .
الجديد فى البحث المشترك بين كل من ( د /
أحمد زويل ) و ( د / محمد ثروت حسن ) :
تحسين دقة الميكروسكوب الإلكترونى ( 16 مرة )
أفضل من الموجود حاليا عن طريق توليد نبضات من الإلكترونات حيث أن الفاصل الزمنى
بينهم ( 30 فيمتوثانية ) حيث أن النبضات الليزرية سيتم تسريعها بطاقة ( 1000
إلكترون فولت ) لتقليل الكاميرا شتر وعندما تم القول إن حركة الجزيئات بطيئة فهى
ليست بطيئة بل سريعة لكن ( د / أحمد زويل ) هو الذى جعل الجزيئات بطيئة حيث جعل
الطموح العلمى من أجل تصوير الإلكترونات والتى هى أسرع من تصوير الجزيئات ففكرة
البحث الجديد لد / محمد ثروت حسن والمنشور سنة ( 2024 ) حيث تمكن من تقليل الفارق
الزمنى بين النبضات الليزرية حيث يوجد
( 3 علماء أجانب ) توصلوا إلى ( الأتوثانية )
وحصلوا على جائزة نوبل لأبحاثهم فى زمن قدره ( 1 أتوثانية ) .
ملخص البحث العلمى الجديد ( لد / محمد ثروت
حسن ) :
إن الأبحاث العلمية السابقة نجحت فى الرصد
والتحكم فى حركة الإلكترونات فى زمن ( الأتوثانية ) حيث تم تصوير الإلكترون فى زمن
( الأتوثانية ) عن طريق الأبحاث العلمية السابقة ولكن المشكلة أنه لم يتمكن
العلماء من استخراج أى معلومات عن حركة الإلكترون فى الفضاء الثلاثى الأبعاد (
المجال المكانى ) وقتها فتم تصوير حركة الإلكترون سابقا ولكن الجديد الذى سيقدمه بحث
( د / محمد ثروت حسن ) حيث إن ( الديناميكا الإلكترونية ) مصطلح عام يرى كيف يتحرك
الإلكترون داخل الذرات والجزيئات والمواد الصلبة والسوائل والغازات ؟ حيث إن (
الديناميكا الإلكترونية فى المجال المكانى ) هى فرع أكثر تحديدا يركز على دراسة
حركة الإلكترونات فى فضاء ثلاثى الأبعاد فدراسة حركة الإلكترونات فى سلك عندما
نوصل به تيار كهربى سنحتاج لبحث ( د / محمد ثروت حسن ) الجديد لأنه يدرس كيف تتحرك
الإلكترونات فى السلك الكهربى ( يمين / شمال
فوق / تحت ) حركة ثلاثية الأبعاد لكن عند
دراسة توزيع الإلكترونات فى ذرة الهيدروجين أو أى ذرة أخرى سنحتاج للأبحاث العلمية
السابقة لأنه سوف يتم التحدث عن حركة الإلكترون الكلية وليس حركته فى الفضاء
الخارجى فالأبحاث العلمية السابقة كانت تدرس حركة الإلكترون فى قلب الذرة نفسها
بتصوير حركة الإلكترون فى قلب الذرة نفسها .
الجديد فى بحث ( د / محمد ثروت حسن ) :
إن دراسة الإلكترون ثلاثى الأبعاد فى قلب
المادة ككل حيث يمكن الوصول لدقة زمنية مما يعنى القدرة على قياس الأحداث التى
تحدث فى زمن ( 1 أو أقل من ) ( 1 أتوثانية ) أى التقاط لقطات سريعة جدا للأحداث
التى تحدث فى زمن لا يصدق مما يعنى أن ( الميكروسكوب الإلكترونى فائق السرعة )
أصبح ( الميكروسكوب الإلكترونى فى زمن الأتوثانية ) فالمصطلح الجديد بفضل
( د / محمد ثروت حسن ) حيث يتم استخدام (
تكنولوجيا الحيود ) للأتوثانية حيث إن قياس حركة الإلكترونات فى الجرافين تحت
تأثير مجال خارجى ولماذا الجرافين ؟ لماذا قامت التجربة على الجرافين بالذات ؟
فالجرافين هى المادة المعجزة التى اهتم بها اهتماما كبيرا جدا فى السنوات الماضية
وبالرغم من أن الجرافين هو مادة ثنائية الأبعاد فسمك الجرافين عبارة عن ذرة واحدة
من الكربون إلا أنه أقوى من الفولاذ بمرتين لكن حركة الإلكترون داخل الجرافين
فحركة الإلكترونات تقترب من سرعة الضوء فالإلكترونات تتحرك بكل سهولة عبر (
السحابة البلورية ) حيث أن الجرافين مادة موصلة جيدة جدا للكهرباء حيث سيكون للبحث
الجديد تطبيقات مهمة جدا فى ( فيزياء الكوانتم / الكيمياء / البيولوجى ) فشكل
التحكم بتكوين الإلكترون المستخدم فى البحث .
1 ) إن الميكروسكوب ( الأتوثانية )
الإلكترونى يعتبر الذراع ( 1 ) للنبضات الليزرية ومقسمه إلى مرآة وبلورة إلى شعاع
ليزر
2 ) إن الذراع ( 2 ) المكون من ( نبضات الضخ
) وينقسم الراع ( 2 ) المكون من ( نبضات الضخ ) كما توجد نبضات إلكترونية بعد
العينة إلى البوابة الضوئية حيث إن فصل الأشعة ونبضات الليزر بينما تصل الأشعة فوق
البنفسجية وباستخدام عينة الجرافين حيث أن استخدام الليزر فى نطاق الأشعة تحت
الحمراء على كريستالة ( SHG ) اختصار لعملية فيزيائية
معينة يحدث فيها مضاعفة تردد الليزر الداخل للكريستالة مما يعنى وجود شعاع من
الليزر داخل على الكريستالة حيث إن الكريستالة تتحول إلى نبضات ليزرية أقوى من
الأشعة فوق البنفسجية حيث إن نبضات الليزر ستتحطم عند الكاثود الموجود أعلى
الميكروسكوب ( الأتوثانية ) الإلكترونى حيث سيخرج ومضات أو نبضات من الإلكترونات .
بينما الذراع ( 2 ) سيبدأ بتتابع من نبضات
ليزرية بينهم زمن قدره ( 5 فيمتوثانية ) حيث ستقسم لجزئين الجزء ( 1 ) ينطلق كما
هو بعمق أكبر أما الجزء ( 2 ) سينعكس على مجموعة من المرايا كهدف يستخدم ( نبضات
الضخ ) حيث يهدف التأجيل للانعكاس على مجموعة التحكم فى تأجيل الوصول من أجل
التحكم فى الزمن بين النبضات حيث يستخدم شعاع الليزر فى حركة الإلكترون حيث توجد
صور لحركة الإلكترون ( Snapshates ) فاللون الأسود فى الصورة
معناه احتمالية وجود الإلكترون مما يعنى لا وجود للإلكترونات فى المنطقة السوداء
أما اللون الأزرق احتمالية ضعيفة جدا والأصفر احتمالية متوسطة والأحمر احتمالية
عالية جدا جدا جدا لتواجد الإلكترونات حيث إن الجرافين حيث أن فلسفة العلوم قائمة
على ( 5 علماء ) فيكون أحد العلماء عمله متخصص عمليا على الميكروسكوب ذو
الأتوثانية الإلكترونى أما العالم الآخر فعمله مقتصر على عمل الحسابات النظرية
والعملية على الكمبيوتر فالأدوار تكون متوزعة بين العلماء كل فى مجال تخصصه .
أسامه ممدوح عبد الرازق مصطفى شرف
12 / 9 / 2024
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق