פריצת דרך מדעית חסרת תקדים הושגה באיטליה: חוקרים ממועצת המחקר הלאומית (CNR) הצליחו להפוך אור למצב חומר חדש המכונה מוצק-על – מצב ייחודי שמפגין בו זמנית תכונות של מוצק ונוזל-על.
מדובר בתגלית מהפכנית שמאתגרת את ההבנה שלנו לגבי גבולות הפיזיקה הקלאסית ופותחת צוהר ליישומים טכנולוגיים מהדור הבא.
מוצק-על: בין מוצק לנוזל – בלי חיכוך
מוצק-על (Supersolid) הוא מצב חומר תיאורטי שנחקר מאז שנות ה-70, אך עד כה לא הושג בניסויים עם אור.
הוא משלב סידור קריסטלי קבוע של חלקיקים (כמו במוצק) עם זרימה חופשית וללא חיכוך (כמו בנוזל-על).
השילוב הזה יוצר תכונות פיזיקליות נדירות, אשר לא קיימות בשום מצב חומר אחר המוכר לנו.
במילים פשוטות – מדובר בחומר שהוא גם נוקשה וגם זורם, בו זמנית.
כך הפכו אור למוצק-על
החוקרים, בראשות ד"ר דימיטריס טריפוגיאורגוס וד"ר דניאלה סנביטו, הצליחו לייצר את המצב הזה באמצעות שליטה מדויקת בלייזרים.
הם יצרו אינטראקציה בין פולאריטונים – חלקיקים היברידיים של אור וחומר – כך שנוצרה תבנית מרחבית סדורה של אור שמתנהגת כחומר עם תכונות של נוזל-על.
ההישג הזה הוא הראשון מסוגו בעולם: עד כה, ניסויים דומים נעשו עם אטומים בטמפרטורות קיצון.
הפעם, מדובר באור – מה שמכניס את התחום לרמות חדשות של יישומיות.
למה זה חשוב לעולם הטכנולוגי?
היכולת לייצר מוצק-על מאור פותחת פתח לשורה של יישומים פוטנציאליים:
מחשוב קוונטי: תכונות הסופר-זרימה והסידור המדויק יכולות לשמש לבניית קיוביטים יציבים יותר.
חיישנים קוונטיים: מוצקים-על רגישים במיוחד לשינויים סביבתיים, ויכולים לאפשר פיתוח חיישנים סופר-רגישים.
לייזרים ומערכות פוטוניות: שליטה מדויקת במבני אור עשויה להוביל לפיתוח מערכות תקשורת חדשות, מדויקות ואנרגטיות יותר.
מדידות מדעיות מתקדמות: יכולות חדשות במדידה אולטרה-מדויקת של תופעות קוונטיות, כולל חקר כבידה קוונטית.
לראשונה בהיסטוריה, חוקרים הצליחו להפוך אור למצב צבירה חדש ומוזר: סופרסוליד — חומר המתנהג בו-זמנית כמו מוצק ונוזל.
הישג זה, שפורסם במרץ 2025 בכתב העת המדעי Nature, מהווה פריצת דרך משמעותית בפיזיקה הקוונטית ופותח אפשרויות חדשות בתחומי המחשוב הקוונטי, חיישנים מתקדמים, ופיתוח חומרים עתידיים .
מהו סופרסוליד?
סופרסוליד הוא מצב קוונטי שבו החומר מציג תכונות של מוצק — מבנה גבישי מסודר — לצד תכונות של נוזל על, כלומר זרימה חסרת חיכוך. עד כה, מצבים כאלה נצפו רק בגזים אולטרה-קרים של אטומים.
היכולת ליצור סופרסוליד מאור מהווה קפיצת מדרגה בהבנת מצבי חומר אקזוטיים .
כיצד הפכו אור לסופרסוליד?
המחקר, בהובלת ד"ר דניאלה סנביטו וד"ר דימיטריוס טריפוגיאורגוס מהמועצה הלאומית למחקר באיטליה (CNR), התבסס על חלקיקים היברידיים הנקראים פולריטונים — שילוב של פוטונים (חלקיקי אור) ואקסיטונים (מצבי חומר). באמצעות שליטה מדויקת בלייזרים, החוקרים הצליחו ליצור מצב שבו הפולריטונים הסתדרו במבנה מחזורי, בדומה לגביש, תוך שמירה על תכונות זרימה חלקה — כלומר, מצב סופרסולידי .
השלכות טכנולוגיות עתידיות
היכולת לשלוט באור במצב סופרסולידי עשויה להוביל לפיתוחים משמעותיים:
מחשוב קוונטי: שימוש בסופרסולידים כבסיס לקיוביטים יציבים יותר.
חיישנים מתקדמים: פיתוח חיישנים רגישים במיוחד לשינויים זעירים בסביבה.
תקשורת אופטית: שיפור מערכות תקשורת מבוססות אור.
סיכום
הפיכת אור לסופרסוליד היא הישג מדעי יוצא דופן, המרחיב את גבולות ההבנה שלנו על מצבי חומר קוונטיים. היא מסמנת את תחילתו של עידן חדש במחקר ובפיתוח טכנולוגיות מתקדמות, עם פוטנציאל לשנות את פני המדע והטכנולוגיה בעתיד הקרוב .
קישורים למחקר:
מאמר ב-Nature על יצירת סופרסוליד מאור
כתבה באתר Science Alert
https://phys.org/news/2025-03-laser-supersolid.html
מה הלאה?
הצוות האיטלקי נמצא בשלבים ראשוניים של חקירת היישומים, אך החוקרים בטוחים שמדובר רק בקצה הקרחון.
מחקרים נוספים צפויים לבחון אינטראקציות של מוצקי-על עם מצבים קוונטיים נוספים, ולפתוח דלתות בפני טכנולוגיות עתידיות – החל ממחשוב וכלה באופטיקה מתקדמת.
השורה התחתונה: לא מדובר רק בהישג אקדמי. אם המחקרים יבשילו לכדי יישומים, ייתכן שנראה בשנים הקרובות שינוי משמעותי ביכולות האנושות לשלוט באור ובאנרגיה – ברמה שמעולם לא נראתה קודם לכן.