تكشف دراسة جديدة من جامعة ميتشيغان (UMich) عن مصباح ضوء يشبه المصباح العادي ذو الخيط المتوهج، ولكنه ينتج ضوءا ملتويا يُعرف بين الفيزيائيين بالضوء المستقطب بيضاويًا. وتعتبر هذه التقنية مهمة ليس فقط للبشر بل أيضا للأجهزة، حيث يمكن أن تحدث فرقا كبيرا في تطوير الأنظمة البصرية للروبوتات والمركبات الذاتية القيادة.

الفرق بين الضوء المستقطب والضوء العادي

تُصدر مصابيح الخيط والعديد من مصادر الضوء الشائعة الضوء المستقطب خطيًا (عندما تهتز موجات الضوء في اتجاه واحد) أو الضوء غير المستقطب (عندما تهتز موجات الضوء في جميع الاتجاهات في وقت واحد). ومع ذلك، فإن الضوء الملتوي هو ما يتطلبه تطوير الأنظمة البصرية للمركبات الذاتية القيادة والروبوتات. ذلك لأن هذه التقنية ستمكن الآلات من التمييز بين الألوان والملمس والأسطح والاتجاهات.

كما يشرح نيكولاس كوتوف، أحد مؤلفي الدراسة وأستاذ الهندسة الكيميائية في جامعة ميتشيغان: "على سبيل المثال، قد تكون هذه الاكتشافات مهمة للمركبات الذاتية القيادة لتمييز الفرق بين الغزال والإنسان، حيث يبعث كلاً منهما ضوءًا بأطوال موجية مشابهة لكن بهيكلية لولبية مختلفة، لأن فرو الغزال له لفافة مختلفة عن قماشنا."

علم خلق الضوء المستقطب بيضاويا

وفقا للباحثين، يمكن إنتاج الضوء الملتوي باستخدام نفس تكنولوجيا مصباح إديسون العتيق (المصباح ذو الخيط المتوهج) الذي مر عليه أكثر من 100 عام. ويقول جون لو، المؤلف الرئيسي للدراسة وزميل ما بعد الدكتوراه في جامعة ميتشيغان: "لاحظنا تدريجيا أننا بالفعل لدينا طريقة قديمة جدا لتوليد هذه الفوتونات، دون الاعتماد على الإثارة الفوتونية والإلكترونية، ولكن مثل المصباح الذي طوره إديسون."

قوانين الفيزياء وخصائص الضوء

تشير القواعد الأساسية للفيزياء إلى أن جميع الأجسام (بما في ذلك أنت وقطتك) التي تكون درجة حرارتها فوق الصفر المطلق (أي أعلى من -273.15°C أو -459.67°F) تطلق فوتونات، ومع ذلك فإن بعض الأجسام تمتص نفس عدد الفوتونات التي تصدرها عند درجة حرارة معينة، وهذه الظاهرة تُعرف بالإشعاع الأسود للجسم.

خلال دراستهم، قام فريق جامعة ميتشيغان بلف أسلاك التنجستن و nanotubes الكربونية لإنشاء مصدر ضوء فريد. من النقاط المهمة هنا هي أن طول كل لفة يتطابق مع الطول الموجي للضوء الصادر. نتج عن ذلك خلق ضوء ملتوي مشابه لذلك الذي يصدره الجسم الأسود الملتوي. والأمر الأكثر إثارة للاهتمام هو أن الجسم الأسود عادة ما يبعث ضوءا غير مستقطب، ولكن في هذه الحالة، ينتج المصدر الملتوي ضوءا مستقطبا بيضاويا.

الأهمية العلمية لهذه الاكتشافات

"تُعد التقدمات في فيزياء الإشعاع الأسود للجسم بواسطة الهياكل النانوية الحلزونية محورية في هذه الدراسة، مثل هذه المصادر موجودة في كل مكان حولنا"، كما أضاف كوتوف.