ثورة بالعلوم.. عالم مصري بجامعة أريزونا يبتكر أسرع ميكروسكوب إلكتروني في العالم

ابتكر باحثون في جامعة أريزونا ومن ضمنهم العالم المصري الدكتور "محمد حسن"، أسرع ميكروسكوب إلكتروني في العالم، وهو جهاز استثنائي قادر على التقاط صور لحظية للإلكترونات المتحركة، مما يمهد الطريق لتحقيق قفزات نوعية في مجالات متعددة مثل الفيزياء والكيمياء والهندسة الحيوية وعلوم المواد.
تطوير أداة علمية مذهلة
الدكتور محمد حسن، أستاذ الفيزياء وعلوم البصريات المصري بجامعة أريزونا، صرح لموقع "Interesting Engineering" قائلاً: "هذه الأداة الجديدة تتمتع بأعلى دقة زمنية لتجميد الزمن ورؤية حركة الإلكترونات أثناء حدوثها.
تُعد تقنية التصوير الإلكتروني بالزمن اللامتناهي (Attomicroscopy) جسرًا قويًا لتحويل الاكتشافات العلمية إلى تطبيقات هندسية."
يأمل الفريق أن يُسهم هذا الميكروسكوب في فهم أفضل للفيزياء الكمومية وراء سلوك وحركة الإلكترون.
كيف يعمل الميكروسكوب الإلكتروني؟
الميكروسكوبات الإلكترونية فائقة السرعة، التي تم تطويرها لأول مرة في العقد الأول من الألفية الجديدة، تستخدم الليزر لتوليد حزم إلكترونية نابضة، مما يزيد بشكل كبير من الدقة الزمنية؛ وهي القدرة على مراقبة التغيرات في العينة عبر الزمن.
على عكس الميكروسكوبات التقليدية التي تعتمد جودة الصورة فيها على سرعة الغالق في الكاميرا، تعتمد الدقة في هذه الميكروسكوبات الإلكترونية المتقدمة على مدة النبضات الإلكترونية.
إنجاز ثوري في التصوير الإلكتروني
تمكن باحثو جامعة أريزونا، ولأول مرة، من توليد نبضة إلكترونية واحدة بزمن اللامتناهي لالتقاط إلكترون في حالة ثابتة، مما يطابق السرعة التي تتحرك بها الإلكترونات. هذا الإنجاز يعزز الدقة الزمنية للميكروسكوب بشكل كبير، تمامًا مثل الكاميرا فائقة السرعة التي تلتقط لحظات خفية.
توسيع نظريات حائزة على جائزة نوبل
بنى حسن وفريقه على أعمال العلماء بيير أغوستيني، وفرنتس كراوس، وآن لويلير، الحائزين على جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2023، والذين ابتكروا أول نبضة إشعاع فوق بنفسجية قصيرة بما يكفي لقياسها بزمن اللامتناهي.
يقول حسن: "إن تأثير هؤلاء العلماء الثلاثة سمح لنا بتتبع حركة الإلكترون في الوقت الحقيقي باستخدام نبضات ضوء اللامتناهي. عملنا يعتمد على جهودهم ويوسع الأساس الذي وضعوه من خلال توليد أول نبضات إلكترونية بزمن اللامتناهي، مما يضيف القدرة على رؤية حركة الإلكترونات في الزمان والمكان معًا."
تطبيقات في العلوم المادية والكيميائية والبيولوجية
حول أهمية هذا الإنجاز الكبير، قال حسن: "تقنية التصوير بالزمن اللامتناهي تربط بين شكل المادة وديناميكيات الإلكترونات، مما يمنحنا القدرة على تصوير والتحكم في التيارات الإلكترونية وتطوير الإلكترونيات المدفوعة بالليزر بسرعة تصل إلى مليون مرة أسرع من الإلكترونات الحالية، وبحجم يمكن أن يصل إلى بضعة نانومترات."
وأوضح أن تأثير التصوير بالزمن اللامتناهي يمتد ليشمل التطبيقات الهندسية والكيمياء والأحياء، حيث يمكن رؤية حركة الإلكترونات في اللحظة الفعلية، مما يفتح آفاقًا جديدة للتحكم في التفاعلات الكيميائية واكتشاف أدوية جديدة.
استنتاج
الميكروسكوب الإلكتروني الجديد الذي طوره باحثو جامعة أريزونا يُعد إنجازًا علميًا غير مسبوق يمكنه أن يحدث ثورة في العديد من المجالات العلمية، ويُمهد الطريق لتحقيق اكتشافات جديدة في فيزياء الكم، والكيمياء، والعلوم البيولوجية.
السيرة الذاتية
دكتور محمد حسن، عالم مصري بارز في مجال الفيزياء والبصريات، يشغل حالياً منصب أستاذ مشارك في قسم الفيزياء وعلوم البصريات بجامعة أريزونا، الولايات المتحدة الأمريكية. يتميز الدكتور حسن بمسيرة علمية حافلة بالإنجازات، حيث أسهم بشكل كبير في تطوير تقنيات الليزر الفمتوثانية وتطبيقاتها في مجالات متنوعة، مثل الكيمياء الفيزيائية وعلم المواد.
الحالة الحالية: أستاذ مشارك في قسم الفيزياء وعلوم البصريات، جامعة أريزونا، توسون، أريزونا، الولايات المتحدة الأمريكية (2023 حتى الآن).
الخبرات السابقة
أستاذ مساعد في قسم الفيزياء وعلوم البصريات، جامعة أريزونا (2017-2023).
عضو هيئة تدريس في معهد BiO5، جامعة أريزونا (2017 حتى الآن).
باحث ما بعد الدكتوراه، قسم الكيمياء والهندسة الكيميائية، معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، باسادينا، كاليفورنيا، الولايات المتحدة الأمريكية (2013-2017). أشرف على أبحاثه البروفيسور أحمد زويل (حائز جائزة نوبل).
دكتوراه في الفيزياء، معهد ماكس بلانك للبصريات الكمومية، ميونيخ، ألمانيا، وقسم الفيزياء، جامعة لودفيغ ماكسيميليان في ميونيخ، ألمانيا (2009-2013). أشرف على أبحاثه البروفيسور فرنس كراوز (حائز جائزة نوبل).
الجوائز والتكريمات
جائزة مبادرة الأبحاث المبتكرة من مدير مؤسسة العلوم الجوية الأمريكية (AFOSR) (2022).
جائزة وزارة الدفاع الأمريكية للجامعات والكليات التاريخية السوداء والأقلية (2022).
عضو في المجلس الاستشاري التحريري لمجلة APL Photonics (2022 و2020).
منحة بحثية من مؤسسة م. و. كيك (2020).
جائزة الباحث الشاب من القوات الجوية الأمريكية (2019).
منحة باحث من مؤسسة غوردون وبيتي مور (2018).
زمالة ماكس بلانك الدولية للبحوث (2009).
مجالات البحث
يركز الدكتور محمد حسن على تطوير تقنيات الليزر الفمتوثانية ودراسة التفاعلات الكيميائية والفيزيائية على المستوى الجزيئي باستخدام هذه التقنيات.
ساهم الدكتور محمد حسن بشكل كبير في تطوير مجال الفيزياء والبصريات، ونشر العديد من الأوراق البحثية في دوريات علمية مرموقة. كما أنه يلعب دورًا نشطًا في توجيه الأجيال الشابة من العلماء، ويشجع على التعاون البحثي الدولي.