لاعتبارات بعيدة كل العمليات تضمنت جسيمات تتصادم وترتد في اتجاه محدد لكن ذلك ليس مهماً. فالمجادلات التي استعملت تستطيع أن تطبق بالتساوي تماماً لإحداث (صنع) الجسيمات، فمثلاً ان إحداث الفوتونات بالذرات هو انبعاث الضوء.

والفوتونات هي بوزونات، لذا فإن احتمال أن تبعث الذرات فوتوناً بالاتجاه الخاص مع طاقة محددة تزداد بعامل (1+n) إذا كان هناك مسبقاً عدد n من الفوتونات تطير بذلك الاتجاه. فكل فوتون جديد ينبعث يزيد فرصة فوتون آخر للانبعاث. وهناك الآلاف بل الملايين من الفوتونات تطير عبر الفضاء معاً، وإن احتمال انبعاث الفوتون جديد وكبير.

وبالطبع النتائج جدلية. فبينما ينتج مصدر الضوء الطبيعي كالشمس خليطاً فوضوياً من الفوتونات بكل الطاقات المختلفة، يولد الليزر تياراً غير قابل للتوقف من الفوتونات تتموج خلال الفضاء في خطوات محكمة والليزرات على كل حال هي بعيدة عن النتيجة المميزة للبوزونات. فخذ مثلاً سائل الهيليوم المؤلف من ذرات هي عبارة عن بوزونات هيليوم –4 – ثاني أكبر ذرة معروفة في الكون – هي أحد المصادر الضوئية لدى الطبيعة ⁽⁴⁾. ولقد كان الهيليوم –4 العنصر الوحيد الذي اكتشف على الشمس قبل اكتشافه على الأرض، وله أقل نقطة غليان في كل السوائل (–269) درجة مئوية. وبالحقيقة، انه السائل الوحيد الذي لا يتجمد ليصبح صلباً، وعلى الأقل ليس في ضغط الغلاف الجوي الطبيعي. وكل هذه الأشياء، غير ذات أهمية بجانب سلوك الهيليوم تحت (–271) درجة مئوية. فتحت درجة لمبدا سيكون سائلاً محسناً.

عادة، يقاوم السائل أي محاولة لتحريك جزء واحد بالنسبة إلى الآخر. فمثلاً دبس السكر يقاوم عند تحريكه بالملعقة، والماء يقاوم عندما تعوم فيه. والفيزيائيون سموا هذه المقاومة باللزوجة وبالحقيقة انها احتكاك السائل. لكن بينما استعملنا الاحتكاك بين أجسام صلبة تتحرك اجزاؤها – مثل الاحتكاك بين عجلات السيارة والطريق – فنحن غير متآلفين مع الاحتكاك بين أجزاء من السائل الذي تتحرك اجزاؤه. فإن دبس السكر، وبسبب مقاومته القوية، يقال عنه أن لديه لزوجة عالية، أو أنه لزج جداً.

واللزوجة تظهر نفسها فقط عندما يتحرك جزء واحد من السائل بشكل مختلف عن الآخر. ففي المستوى المجهري للذرات هذا يعني انه يمكن ضرب بعض ذرات السائل في حالات تختلف عن حالات محتملة بذرات أخرى. وفي سائل ذي درجة حرارة اعتيادية، تكون الذرات في حالات محتملة عديدة في كل الهزات حولها وبمختلف السرعات. لكن عند انخفاض الحرارة، ستصبح أكثر انانية واقل انفتاحاً. وبالرغم من هذا التأثير، لا تكون كل الذرات بنفس الحالة؛ حتى في درجات الحرارة المنخفضة.

لكن الأشياء تختلف في سائل البوزونات مثل سائل الهيليوم. وتذكر إذا كان هناك عدد n من البوزونات في حالة خاصة، فاحتمال دخول بوزون آخر الحالة هو (1+n) أكبر مما لو لم يكن هناك جسيمات أخرى. وفي سائل الهيليوم، هناك ذرات هيليوم لا تحصى، حيث إن n عددٌ كبيرٌ جداً بالحقيقة. وبالنتيجة يبرد سائل الهيليوم حتى حرارة منخفضة كافية، عندما تحاول كل ذرات الهيليوم فجأة الازدحام بنفس الحالة.

حين تكون كل ذرات الهيليوم في الحالة نفسها، فإنه من المستحيل - أو على الأقل صعب جداً - بالنسبة لجزء واحد من السائل أن يتحرك بشكل مختلف عن جزء آخر. فإذا تحركت بعض الذرات قرب بعضها، يتوجب على كل الذرات أن تتحرك قرب بعضها البعض. وبالنتيجة سائل الهيليوم ليس لديه لزوجة. فيصبح سائلاً محسناً.

وفي سائل الهيليوم المحسن هناك نوع من الصلابة في حركة الذرات. فإنه من الصعب جداً جعل السائل يعمل أي شيء، والسبب هو أنه إما يتوجب عليك أن تجعل كل الذرات تعمل الشيء معاً أو لا تعمل أي شيء على الإطلاق. فمثلاً، إذا وضعت ماء في دلو وبرمت الدلو حول محوره، فالماء سيبرم مع الدلو. والسبب ان الدلو يُشدّ حول ذرات الماء، والتي تكون على اتصال مباشر مع جوانب الدلو، والتي بدورها تنسحب على الذرات الأبعد من الجوانب، وهكذا، حتى يدور الجسم الكلي للماء مع دوران الدلو وبوضوح ليصل الماء إلى الحالة التي يدور فيها مع الدلو، فإن أجزاء مختلفة من السائل يجب أن تتحرك بشكل متناسب مع بعضها البعض. لكن كما اشرنا، هذا صعب بالنسبة للسائل المحسن فكل الذرات تتحرك معاً أو لا تتحرك على الإطلاق. وبالنتيجة، إذا وضع سائل الهيليوم في دلو، وبُرم الدلو، فلن يكون لذلك معنى وهدف حتى لو دار الدلو بدلاً من ذلك، يبقى سائل الهيليوم المحسّن معانداً؛ ويظل كذلك بينما الدلو يبرم.

ان الحركة التعاونية للذرات في المائع المحسن لسائل الهيليوم تقود إلى ظواهر مدهشة. فمثلاً، المائع المحسن يجري خلال فجوات صغيرة مستحيلة حيث لا يستطيع سائل آخر القيام بذلك. وهو المائع الوحيد الذي يستطيع الجريان إلى الأعلى. وللذكر يقاس نسبة إلى الضوء والهيليوم-3 يميل ليكون اعتيادياً، حيث يوجد بشكل سائل. والسبب هو أن جزيئات هيليوم-3 هي فرميونات. والمائعية المحسنة هي صفة للبوزونات.

___________________________________________

هوامش

(4) هيليوم –4 لها أربع جسيمات في نواتها، بروتونان ونيوترونان. ومن نفس العائلة، إن ذرة هيليوم، لها نفس العدد من البروتونات واقل بواحد من النيوترونات.

مواضيع ذات صلة

الليزر والميزر

Flashtube Explosion

Tube Failure

Plane–Parallel Resonator

Concave–Convex Resonator

Plano-Concave Resonator

Mirrors of Equal Curvature

Parasitic Oscillations

Prelasing

Depopulation Losses

The Three-Level System

Absorption of Pump Radiation by the Gain Medium and Transfer of Energy to the Upper Laser Level