العلماء يصنعون أول ميزر ألماسي للكشف الحساس عن الموجات الدقيقة

 يستخدم العلماء الألماس للمرة الأولى في صنع ميزر في حالة الجماد والذي يمكنه العمل باستمرار في درجة حرارة الغرفة. وهو من الممكن أن يفتح مجالات عدة في استخدام التكنولوجيا في الحياة اليومية مثل التصوير الطبي والمواسح الأمنية في المطارات.

وأعلن آينشتاين  في العام 1917 ,فكرة انبعاث الضوء بشكل قسري من الذرّة، خلافًا لمقولة الانبعاث العفوي المعروفة من قبل.وفي عام 1951 أطلق العالم تونز فكرة المايزر كمصدر للموجات المليمترية وثم تبعه العالم فيبر عام 1953 بشرح تفصيلي للموضوع نفسه.

وتم تصنيع في العام 1954 أول مايزر في جامعة كولومبيا على يد العالم غوردن والعالم زيجر والعالم تونز. ويتكون من مذبذب جزيئي ومضخم جزيئي اعتمد مبدأ انتقال الترددات في مادة الامونياك.

واقترح العالم بلومبرغن في 1956 ,إنشاء مايزر من مادة صلبة يعمل بصورة مستمرة، وقد سهلت طريقة إثارة الذرات التي اقترحها العالمان نيكولاي باسوف، والكسندر بروخوروف تعبئة مستويات الطاقة العالية بشكل مستمر، وتحقق ذلك مخبريًا علي يد العالم سكوفيل، والعالم فيهر، والعالم سايدل الذين ابتكروا أول مضخم للموجات استنادًا إلي نظرية بلومبرغن. وتلا هذا الإنجاز نظريات خاصة بمايزر الموجات الدقيقة.

و كانت الاختبارات المتتالية في 1957 إلي 1958 متطابقة مع النظريات السابقة تمام التطابق.وفي نهايات 1958 اعتبر المايزر ابتكاراً معروفاً حيث استعمل في الرادار والراديو.

الميزرات يشبهون الليزر ولكنها إصدار يعمل بالموجة الدقيقة. ميزر بالإنجليزية تعني (maser) وهي اختصار ل (microwave amplification by stimulated emmision of radiation) بالعربي: تضخيم الموجات الدقيقة بواسطة الانبعاث القسري للأشعة. وكما يقوم الليزر بإصدار شعاع شديد من الضوء فالميزر يصدر شعاع مركز من الموجات الدقيقة.

و لا يوجد فرق بين الليزر والمايزر من حيث المبدأ، إلا أن كلا منهما يعمل في حقل موجات يختلف عن حقل موجات الآخر. فالمايزر يستعمل كمضخم للموجات الدقيقة المستعملة في الرادار والاتصالات الفضائية الخارجية؛ ذلك نظراً لضعف التشويش فيه، بينما يستعمل الليزر في حقل الموجات الضوئية المرئية القريبة منها.

وتم اختراعه قبل الليزر وتم استخدامهم في تطبيقات عدة مثل الساعة الذرية، تليسكوبات راديوية وتواصل المركبات الفضائية.

ولكن الميزر ليس سهل في العمل كما يبدو فهو يصنع بتضخيم الموجات الدقيقة باستخدام كريستال مثل ربي وتحت شروط فائقة كمجال مغنطيسي قوي ودرجات حرارة تقرب الصفر المطلق (-٢٧٣ درجة مئوية أو -٤٥٩.٥ درجة فهرنهايت). جميع تلك العقبات تقف في تطبيق تلك التكنولوجيا.

الباحثين في جامعتي (imperial college london) و(university college london) تمكنوا من صنع أول ميزر في حالة الجماد باستخدام قطع ألماس صنعت في المعمل.

المشروع بنيّ على أعمال سابقة في ٢٠١٢ في (ICL) ومعمل الفيزياء القومي البريطاني.

و صنع العلماء ميزر في حالة الجماد باستخدام كريستال ال(p-terphenyl) ملتصق به (pentacene) كمضخم ليصبح قادرًا على العمل في درجة حرارة الغرفة ومن دون مغناطيس- إلا على شكل موجات ضعيفة في ميلي ثواني. إذا عمل باستمرار فيجب أن يصل إلى مرحلة يذيب بها الكريستال.

و قام الباحثون باستبدال الكريستال عن طريق تنمية ألماس صناعي في جو مليء بالنيتروجين. شعاع إلكترونات ذو طاقة عالية اُستخدم ليخرج ذرات الكاربون من الألماس تاركة ورائها فراغ في المركب.

عند تسخين الألماس تملأ ذرات النيتروجين مكان ذرات الكاربونات التي تركت المركب. ينتج عن ذلك خلل يسمى مركز خلو النيتروجين والتي من الممكن أن يتم التحكم بحركة الإلكترونات بداخلها باستخدام مجالات المغناطيسي، مجالات كهربائية أو الميكروويف.

عند وضعها داخل خاتم من السافير، لتركيز طاقة الميكروويف، وتزويدها بإضاءة الليزر الأخضر، يعمل الميزر ليس فقط في درجة حرارة الغرفة ولكن باستمرار.

“هذه التكنولوجيا يمكن استخدامها في مجالات عدة ولكن أنا أراها أساسية في الكشف الحساس عن الموجات الدقيقة”، قال نيل ألفورد المشارك في تأليفات (imperial college london).

وأيضًا كاشفات المطارات والتصوير الطبي، حيث يعتقد الباحثون أن تكنولوجيا الميزر يمكن استخدامها في التطبيقات الحساسة ككشف القنابل، الحسابات الكمية، استخدام الكواكب الأخرى للعيش.

“ومهّد الاكتشاف الطريق لانتشار الميزر وتطبيقاته الكثيرة التي نتحمس لاستكشافها. ونأمل أن يمتعنا الميزر كما فعل الليزر من قبل”