دستاورد بزرگ فیزیکدانان: خلق و نابودی میدان مغناطیسی از راه دور

دانشمندان با ابداع راهی برای ایجاد و نابودی میدان مغناطیسی از راه دور به موفقیت خیره کننده‌ای دست یافته‌اند که در زمینه‌های مختلف از پزشکی گرفته تا سیستم‌های کوانتومی کاربرد دارد.

این روش شامل عبور جریان الکتریکی از میان چیدمان خاصی از سیم‌ها برای ایجاد مغناطیسی می‌شود که گویی از یک منبع دیگر آمده است. شاید در ابتدا فکر کنید با یک طرح تخیلی روبه‌رو هستیم، اما این متد در دنیای واقعی کاربردهای مختلفی دارد.

داروی سرطانی را تصویر کنید که می‌تواند مستقیما توسط کپسول‌های ساخته شده از نانوذرات مغناطیسی به تومور درون بدن برسد. برای این کار می‌توان به تومور یک آهنربا چسباند و از طریق آن ذرات نانو را درون بدن هدایت کرد. اما اگر بتوانید در بیرون بدن یک میدان مغناطیسی ایجاد کنید که روی تومور متمرکز باشد، می‌توانید بدون روشی تهاجمی دارو را به تومور برسانید.

قدرت میدان مغناطیسی با فاصله گرفتن از آهنربا کاهش پیدا می‌کند و همانطور که قضیه ارنشاو در سال ۱۸۴۲ اعلام کرده، خلق یک نقطه از حداکثر قدرت میدان مغناطیسی در فضای خالی ممکن است. محقق اصلی مقاله اخیر به نام «روزا ماک-بتل» گفته:

«اگر ‌نتوانید حداکثر میدان مغناطیسی در یک فضای خالی داشته باشید، قادر به خلق یک میدان مغناطیسی از راه دور بدون قرار دادن منبع مغناطیس واقعی در محل موردنظر نخواهید بود.»

ماک-بتل و همکارانش به دنبال غلبه بر این مشکل بودند. پژوهشی در زمینه اپتیک‌ها که از مواد مهندسی شده به نام «فراماده» برای غلبه بر محدودیت‌های ایجاد شده برای رزولوشن توسط طول موج نور استفاده می‌کند، الهام‌بخش آن‌ها شد. محققان به این فکر افتادند که مواد مغناطیسی فرضی می‌توانند این غیرممکن را در دنیای میدان‌های مغناطیسی ممکن کنند.

آن‌ها ماده‌ای با نفوذپذیری مغناطیسی منفی ۱ را تصور کردند. نفوذپذیری مغناطیسی یک ماده نشان می‌دهد که اگر در یک میدان مغناطیسی قرار بگیرد، آن را تا چه اندازه افزایش یا کاهش می‌دهد. در ماده با نفوذپذیری مغناطیسی منفی ۱، جهت مغناطیس القا شده درون ماده برخلاف جهت میدان مغناطیسی اولیه خواهد بود.

یک روش جدید که برای القای میدان مغناطیسی به ماده فرضی وابسته باشد، چندان مفید نخواهد بود. با این حال حتی اگر ماده فرضی با نفوذپذیری منفی ۱ هم وجود نداشته باشد، فیزیکدانان می‌توانند یک ماده موقت از طریق جریان الکتریکی که از میان چیدمان خاص سیم‌ها عبور می‌کند، ایجاد کنند. دلیل این موضوع، القای مغناطیس از طریق جریان و برعکس است که نتیجه معادلات «ماکسول» است.

ماج-بتل اعلام کرده:

«در پایان ما از هیچ ماده‌ای استفاده نکردیم و به سراغ چیدمان دقیق جریان رفتیم که می‌تواند به عنوان یک فراماده فعال درنظر گرفته شود.»

برای خلق میدان از راه دور، ماک-بتل و تیمش با ۲۰ سیم که یک سیم بلند را احاطه کرده بودند، یک استوانه توخالی ایجاد کردند. زمانی که جریان از این سیم‌ها عبور می‌کند، یک میدان مغناطیسی ایجاد می‌شود که به نظر می‌رسد سیم بلند در خارج از دستگاه قرار دارد.

این پدیده معادل الکترومغناطیسی یک شکم‌گو است که صدای خود را پرتاب می‌کند. منبع جریان واقعا در خارج از دستگاه قرار ندارد، اما خود میدان از میدانی که می‌توان توسط منبع خارجی به آن دست پیدا کرد، قابل تشخیص نیست.

با وجود دستیابی به این موفقیت، هنوز سوالات زیادی درباره عملکرد آن در دنیای واقعی وجود دارد. از کاربردهای احتمالی این روش می‌توان به انتقال دارو در بدن از راه دور اشاره کرد، البته در محاسبات کوانتومی برای کاهش نویز نیز کارآمد خواهد بود.