ميكروسكوب الأتو ثانية.. إنجاز فذ للعالم المصري محمد حسن الذي مهد له القدر السير على خطى زويل

في إنجاز علمي غير مسبوق، نجح فريق بحثي بجامعة أريزونا الأميركية بقيادة العالم المصري محمد حسن في تطوير أسرع مجهر إلكتروني في العالم، يمكنه التقاط صور ثابتة لإلكترون متحرك بسرعة كبيرة، مما يفتح الباب لتقدم كبير بالفيزياء والكيمياء والهندسة الحيوية.
* ما تفاصيل الإنجاز الجديد؟
أوضح تقرير نشره الموقع لجامعة أريزونا الأميركية تفاصيل الإنجاز العلمي الكبير، وهو عبارة عن مجهر الإلكترون النافذ هو أداة يستخدمها العلماء والباحثون لتكبير الأجسام حتى ملايين المرات من حجمها الفعلي من أجل رؤية تفاصيل صغيرة جدًا بحيث لا يمكن اكتشافها باستخدام المجهر الضوئي التقليدي.
فبدلاً من استخدام الضوء المرئي، يوجه مجهر الإلكترون النافذ حزمًا من الإلكترونات عبر أي عينة يتم دراستها. يتم التقاط التفاعل بين الإلكترونات والعينة بواسطة العدسات ويتم اكتشافها بواسطة مستشعر الكاميرا من أجل إنشاء صور مفصلة للعينة.
ويعد هذا المجهر نسخة أحدث من المجهر الإلكتروني النافذ، والذي يعد أداة يستخدمها العلماء والباحثون لتكبير الأشياء حتى ملايين المرات من حجمها الفعلي، وذلك من أجل رؤية تفاصيل صغيرة جدًا يصل عرضها إلى بضع نانومترات حيث لا يمكن للمجهر الضوئي التقليدي اكتشافها.
وبحسب بيان صحفي رسمي من جامعة أريزونا، فقد تم تطوير المجاهر الإلكترونية فائقة السرعة التي تستخدم هذه المبادئ لأول مرة خلال العقد الأول من القرن ال21، وتستخدم الليزر لتوليد حزم نبضية من الإلكترونات التي توجه إلى العينات، ويتم تحديد دقة المجهر الإلكتروني النافذ من خلال مدة نبضات الإلكترون.
ويتمتع الإلكترون سرعة مدهشة. وفي الذرة، يمكن للإلكترونات السفر بسرعات تصل إلى حوالي 2200 كيلومتر في الثانية، وعند تسريعها بواسطة مجال كهربائي يمكن للإلكترونات أن تصل إلى سرعات تبلغ حوالي 6 آلاف كيلومتر في الثانية، وفي البيئات عالية الطاقة، مثل مسرعات الجسيمات، يمكن تسريع الإلكترونات إلى سرعات قريبة جدًا من سرعة الضوء.
قال الدكتور محمد ثروت حسن، الأستاذ المساعد للفيزياء والعلوم البصرية. "مجهر الإلكترون النافذ هذا يشبه كاميرا قوية جدًا في أحدث إصدار من الهواتف الذكية ؛ يسمح لنا بالتقاط صور لأشياء لم نتمكن من رؤيتها من قبل - مثل الإلكترونات.
وباستخدام هذا المجهر، نأمل أن يفهم المجتمع العلمي الفيزياء الكمومية وراء سلوك الإلكترون وكيفية تحرك الإلكترون."
أوضح من أبرز تطبيقات هذا الاكتشاف هو إمكانية نقل البيانات بسرعة الضوء باستخدام أشعة الليزر، مما يفتح آفاقًا جديدة في مجال الاتصالات وتكنولوجيا المعلومات."
* ألمانيا هي الخسرانة
وكان ل الشروق لقاء مع العالم المصري، نشر قبل عامين، تحدث من خلاله عن تفاصيل من حياته الشخصية ومسيرته البحثية.
وتطرق في حواره الذي أجرته الزميلة أماني إبراهيم، لمحطة من مشواره البحثي، والذي كانت الدراسة بمعهد "ماكس بلانك" الألماني هدفا وحلما ،بوصفه أحد أشهر المعاهد البحثية في العالم.
ويقول عن تفاصيل التجربة:" تقدمت 5 مرات ورُفضت، إلى أن تم قبولي في المرة السادسة وحُدد موعد المقابلة في شهر مايو من العام 2008، ذهبت إلى السفارة الألمانية بالقاهرة؛ للحصول على الفيزا؛ تمهيدًا للسفر، فتفاجأت برد الموظف الذي تلقى مني الصورة، بأنها ليست متطابقة، ويكمل ضاحكاً وأتذكر أنني رددت عليه وقتها، بكل تلقائية: "ألمانيا هي اللي خسرانة".
* ماكس بلانك.. طريق إلى نوبل
وتابع:"أرسلت "إيميل" ؛ لماكس بلانك؛ شرحت فيه تفاصيل الموقف الذي حدث لي في السفارة الألمانية، وفي اليوم الثاني؛ تلقيت اتصالًا من السفارة الألمانية بالقاهرة؛ يقدمون لي فيه اعتذارًا، وطلبوا مني الذهاب لتسلُّم الفيزا، دون مقابل، وقالوا لي فى السفارة : "إنت رايح ماكس بلانك؛ يعنى إحنا اللي عاوزينك"، ووقتها؛ أدركت مدى أهمية "ماكس بلانك" فى ألمانيا، فمعظم من حصلوا علي جائزة نوبل تخرجوا فيها".
*أسرع دكتوراه في بلانك
ويكمل :" سافرت إلى ألمانيا؛ وتسلمت العمل في المعهد، وفي أول يوم؛ قررت أن أكون على قدر التحدي؛ الذي وضعني فيه القدر، واجتهد في عملي؛ لأصبح بنفس خبرة الباحثين الموجودين معي نفس المجموعة البحثية، الذين يعملون معي؛ وهذا تطلَّب مني مجهودًا مضاعفًا.
وبدأت رحلة الدكتوراه، فعليًّا؛ في يوليو من العام 2009؛ وانتهيت منها في مارس 2013؛ أي في غضون 3 سنوات وثمانية أشهر فقط؛ لأصبح أسرع باحث فى المعهد، بذلك الوقت؛ يتمكن من الحصول على الدكتوراه، في وقت قياسي، وكان هذا مرجعه؛ إلى أنني كنت أعمل وقتًا إضافيًّاواضع مجهود مضاعف في العمل.
وخلال أبحاث الدكتوراه؛ تمكنت من توليد أول نبضات الليزر الأتوثانية الضوئية، والموجودة بموسوعة جينس العالمية؛ كأسرع نبضات ليزر ضوئي، واستخدمت هذا الليزر لقياس حركة الإلكترونيات داخل الذرةلأول مرة.
* تحول فارق: فنجان قهوة مع زويل
وكان للدكتور أحمد زويل أثر قدري فارق في مشوار ثروت البحثي، فقد كان فوزه بجائزة نوبل فى مجال الكيمياء متزامنا مع إنهاء ثروت للثانوية العامة.
ويقول عن ذلك :"كانت تلك المُصادفة الغريبة، التي رسمها القدر لي؛ بمثابة حافز أوّلي، شجعني على انتهاج الطريق ذاته؛ ولم أكن مُرغمًا على الالتحاق بكلية العلوم، لكن قصة الكفاح المهني للدكتور زويل؛ كانت ملهمة ليّ؛ فضلًا عن حُبي للعلوم الفيزيائية، والرياضيات، والكيمياء، منذ مراحل التعليم الأولى".
وكان الدكتور زويل شاهدا على أبرز تحولات مسيرته العلمية، فكانت في أحد أيام الجمعة في يوليو 2012، وكنت مازلت مرحلة الدكتوراه، ولم أنتهِ منها بعدُ؛ إذ دعيت إلى مؤتمر، فى لوزان بسويسرا؛ لإلقاء محاضرة عن أحد أبحاثي الخاصة في الدكتوراه، وكان الدكتور زويل مدعوًّا لإلقاء المحاضرة الختامية، فانتهزت تلك الفرصة؛ وأرسلت له رسالة، عبر البريد الإلكتروني؛ أخبره فيها برغبتى؛ فى أن يحضر مُحاضرتي، لكنه لم يحضر!
انتهت المحاضرة، وغادرت القاعة، ولكن القدر لم يتركني في هذا اليوم؛ لأتفاجأ، وأنا في طريقي بالدكتور زويل، فتقدمت سريعًا لمصافحته، فقال لي: "إنت محمد اللي بعتلي إميل ؟!"، فأومأت له برأسي؛ فما كان منه، وبكل تواضع العلماء، إلّا أن بادرني بالاعتذار عن عدم حضور المحاضرة؛ لتأخُّر طائرته عن ميعاد المحاضرة، ودعاني لتناول فنجان من القهوة معه، وبدأ يتحدث معي، بأريحية غريبة، لدرجة أن حديثنا قارب الساعتين، وفى نهاية اللقاء طلب مني أن أرسل له سيرتي الذاتية.
ولم يكن أمامي سوى تلبية هذه الدعوة، التي وضعتني على درجة أعلى في سلم أحلامي، وبعد حصولي على الدكتوراة من "ماكس بلانك" في العام 2013 سافرت إلى أمريكا لأصبح، بالفعل عضوًا في الفريق البحثي الخاص بالدكتور زويل، الذي يضم جنسيات مختلفة ومن دواعي فخري أنني كنت المصري الوحيد بالفريق في ذلك الوقت.
* على خطى زويل..من الفيمتو إلى الأتو
ثلاث سنوات قضيتها في مدرسة الدكتور زويل البحثية تعلمت منه الكثير، على المستويين العلمي والإنساني حتى رحيله؛ لأكمل بعده مسيرته البحثية في مجال اختصار الزمن من "الفيمتوثانية" إلى "الأتوثانية".
وفي عام 1984 نجح الراحل الدكتور أحمد زويل في استخدام الليزر لقياس حركة الجزيئات في التفاعلات الكيميائية، وأثمر ذلك عن تطوير الميكروسكوب رباعي الأبعاد الذي يعمل بسرعة (الفيمتو ثانية)، وأصبح هذا الميكرسكوب أساسا للعديد من التطبيقات، وتسلمت الراية من الدكتور زويل لمحاولة الوصول إلى سرعة في شعاع الليزر تفوق الفيمتو ثانية، فوصلت إلى زمن (الأتو ثانية) عام 2016، وبدأت بعد ذلك رحلة التطبيقات.
*ما هي الأتو ثانية؟
هي وحدة زمنية أصغر بكثير من الفمتو ثانية، وتساوي جزءًا من مليار مليار جزء من الثانية.