سيرج حاروش: الرجل الذي أمسك بالضوء دون قتله

أمضى سيرج حاروش (Serge Haroche) خمسة عشر عاماً في مطاردة فوتون واحد داخل صندوق ذي مرايا، محاولاً رؤيته دون تدميره - وهو إنجاز وصفه الفيزيائيون بالمستحيل منذ الأيام الأولى لميكانيكا الكم. عندما نجح أخيراً في ذلك عام 2006، لم يكن قد قاس الضوء فحسب؛ بل راقب "قطة شرودنغر" وهي تموت في الوقت الفعلي، إطاراً بإطار، والتقط اللحظة التي تنهار فيها الواقعية الكمومية إلى العالم العادي.

من الدار البيضاء إلى مدرسة الأساتذة العليا

ولد حاروش في 11 سبتمبر 1944 في الدار البيضاء، التي كانت آنذاك جزءاً من المغرب الفرنسي، في أسرة ثنائية اللغة؛ الروسية من جهة والدته فالنتين روبلوا (Valentine Roubleva)، التي فرت عائلتها من الثورة البلشفية، والفرنسية من جهة والده المحامي ألبير (Albert)، الذي كان والداه من المعلمين في منظمة "التحالف الإسرائيلي العالمي" (Alliance Israélite Universelle). انتقلت العائلة إلى باريس في عام 1956 بعد استقلال المغرب، وهو تحول مناخي وثقافي شاق لصبي نشأ بين أشجار البرتقال وساحل المحيط الأطلسي. في مدرسة ثانوية لويس الكبير (Lycée Louis-le-Grand)، درس بجد لاجتياز امتحانات القبول الصعبة في فرنسا، وفي عام 1963، احتل المرتبة الأولى وطنياً في كل من المدرسة المتعددة التكنولوجية (École Polytechnique) ومدرسة الأساتذة العليا (École Normale Supérieure). اختار مدرسة الأساتذة العليا، معتبراً إياها أفضل منصة للانطلاق بمسيرته العلمية، وهناك وقع تحت تأثير ثلاثة معلمين بارزين: ألفرد كاستلر (Alfred Kastler) للحدس الفيزيائي، وجان بروسيل (Jean Brossel) للصرامة التجريبية، وكلود كوهين تانوجي (Claude Cohen-Tannoudji)، الذي أصبح مشرفاً على أطروحته للدكتوراه.

الذرات المكسوة ومنعطف كاليفورنيا

تحت إشراف كوهين تانوجي، طور حاروش صورة "الذرة المكسوة" (dressed atom) - وهي معاملة الذرة المغمورة في إشعاع الترددات الراديوية كذرة مغلفة بشكل دائم بسحابة من الفوتونات، وهي إعادة صياغة منحت مطيافية الموجات الدقيقة مفردات كمومية حقيقية. أنهى الدكتوراه عام 1971 وحصل على منصب ما بعد الدكتوراه في جامعة ستانفورد مع رائد الليزر آرثر شاولو (Arthur Schawlow)، الذي تركه مع قاعدة كان سيكررها لعقود: النجاح في البحث لا يتطلب معرفة موسوعية بل معرفة أشياء قليلة لا يعرفها أحد غيرك. بالعمل مع طالب الدراسات العليا جيفري بيزنر (Jeffrey Paisner)، درس النبضات الكمومية الذرية وقدم النتائج في مؤتمر عام 1973 في فيل - وكانت أول تجربة حقيقية له في دائرة الفيزياء الدولية.

بناء التجاويف في باريس

بالعودة إلى باريس عام 1973، منحه جان بروسيل مساحة معملية في مدرسة الأساتذة العليا، وبدأ حاروش، مع الطالب ميشيل غروس (Michel Gross)، دراسة منهجية لذرات ريدبيرغ (Rydberg atoms) - وهي ذرات يتم ضخها في مدارات إلكترونية هائلة وهشة بالقرب من نقطة التأين. على مدى العقد التالي، نمت المجموعة: كلود فابر (Claude Fabre)، ثم جان ميشيل ريمون (Jean-Michel Raimond)، ثم خبير الموجات الدقيقة فيليب غوي (Philippe Goy)، ولاحقاً ميشيل برون (Michel Brune). معاً بنوا الجهاز الذي سيحدد مسيرة حاروش المهنية - تجاويف فائقة التوصيل مبردة بالقرب من الصفر المطلق، ومصقولة بدقة شديدة، بحيث يمكن لفوتون ميكروويف واحد أن يرتد بداخلها لجزء من الثانية، قاطعاً مسافة تعادل المسافة من الأرض إلى القمر قبل أن يموت. كانت ذرات ريدبيرغ، الحساسة لأضعف وخزة كهرومغناطيسية، تُرسل واحداً تلو الآخر عبر التجويف ككواشف حية، قادرة على تسجيل وجود فوتون دون امتصاصه.

الإمساك بقطة شرودنغر متلبسة

جاءت الفكرة الحاسمة من محادثة عبر المحيط الأطلسي. أثناء زيارته لريو دي جانيرو عام 1989، بدأ جان ميشيل ريمون تبادل الأفكار مع المنظرين لويز دافيدوفيتش (Luiz Davidovich) ونيسيم زاغوري (Nicim Zagury) حول عد الفوتونات بطريقة غير تدميرية - وهو مخطط يمكن، من حيث المبدأ، أن يولد ويختبر حالات "قطة شرودنغر"، حيث يوجد مجال ضوئي في حالتين متناقضتين في آن واحد. أقنعت مقالة نُشرت عام 1991 في مجلة "فيزياء اليوم" (Physics Today) بقلم فويتشيك زوريك (Wojciech Zurek) حاروش بأن التجربة في متناول اليد. استغرق الأمر خمسة عشر عاماً أخرى من بناء التجاويف للوصول إلى ذلك. بحلول عام 2006، مع باحثي ما بعد الدكتوراه ستيفان كور (Stefan Kuhr) وإيغور دوتسينكو (Igor Dotsenko)، حقق الفريق سلسلة من الإنجازات الأولى: عدوا فوتونات الميكروويف الفردية دون تدميرها، وراقبوا المجال وهو يقفز بين الحالات الكمومية في الوقت الفعلي، وأعدوا حالات قطة شرودنغر حقيقية للضوء، ثم - النتيجة المتوجة - قاسوا فك الترابط (decoherence) مباشرة، وراقبوا تداخل التراكب وهو يتلاشى إلى سلوك كلاسيكي عادي خطوة بخطوة. لقد كان ذلك أول فيديو تجريبي مباشر، فعلياً، لميكانيكا الكم وهي تتحول إلى العالم اليومي.

نوبل وما بعدها

في 9 أكتوبر 2012، منحت الأكاديمية الملكية السويدية للعلوم حاروش جائزة نوبل في الفيزياء، مشاركة مع الفيزيائي الأمريكي ديفيد وينلاند (David J. Wineland)، "للطرق التجريبية الرائدة التي تتيح قياس ومعالجة الأنظمة الكمومية الفردية". كان وينلاند قد حقق إنجازات موازية بأيونات محتجزة؛ وكان حاروش قد فعل ذلك بفوتونات وذرات - مساران إلى نفس الحدود، التحكم في أجسام كمومية فردية دون تدمير الخاصية الهشة التي تجعلها كمومية. قال حاروش لاحقاً إن حجم الاهتمام العام الذي تلا ذلك تجاوز حتى اهتمام الميدالية الذهبية للمركز الوطني للبحث العلمي (CNRS) في فرنسا، التي حصل عليها عام 2009، وأنه اضطر لتعلم قول "لا" ببساطة لحماية الوقت اللازم لمواصلة العمل. في العام نفسه، تم انتخابه مديراً لكلية فرنسا (Collège de France)، حيث شغل كرسي الفيزياء الكمومية منذ عام 2001 بعد أن تم توظيفه من قبل كوهين تانوجي وبيير جيل دي جين (Pierre-Gilles de Gennes)؛ وشغل منصب المدير حتى عام 2015. كما شغل مناصب زائرة أو بدوام جزئي في ييل، ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، وهارفارد، والمدرسة المتعددة التكنولوجية، ولاحقاً كرسي فيرمي في جامعة سابينزا بروما عام 2022.

لماذا يُدعى سيرج بالعبقري

عبقرية حاروش ضيقة، عميقة، وتجريبية بالكامل تقريباً - الصبر لقضاء خمسة عشر عاماً في إتقان مرآة. لم تكن مساهمته الفكرية الفعلية معادلة جديدة بل بيئة محكومة: تجويف نظيف وبارد بما يكفي، ونظام كشف لطيف بما يكفي، للسماح للفيزيائيين بمشاهدة التراكب الكمومي وهو يموت بدلاً من مجرد الاستنتاج بأنه يجب أن يموت. هذا نوع مختلف من العبقرية عن عبقرية أينشتاين أو فاينمان - أقرب إلى عبقرية صانع أدوات بارع - وحاروش نفسه ينسب الفضل إلى التعاون بدلاً من العبقرية المنعزلة، مؤكداً أن "الوقت والثقة" كانا أكثر أهمية من المال في مختبره. يصف استشهاد لجنة نوبل العمل بأنه "رائد"، وهو الاستخدام الأكثر ثقلاً مؤسسياً للكلمة المتاح في الفيزياء، وقد وصف الزملاء لفترة طويلة برنامج تجويف QED الذي بناه كاستلر-بروسيل بأنه فتح مجالاً فرعياً كاملاً، وهو علم المعلومات الكمومية، للاختبار التجريبي. الحجة المضادة الصادقة: حاروش لم يكتشف فك الترابط نظرياً - فقد وصفه زوريك وآخرون قبل سنوات - وكان انتصاره هو تأكيد تنبؤ معروف، ببراعة، بدلاً من ابتكاره. إنه يكافئ الحرفة، والمثابرة، وثقافة المختبر بقدر ما يكافئ الرؤية الخام.

الإرث

أصبحت تقنيات تجويف QED الخاصة بحاروش أدوات أساسية للحوسبة الكمومية وتصحيح الأخطاء الكمومية، وهي مجالات تشغل الآن آلاف الباحثين والعديد من شركات التكنولوجيا الكبرى. لا يزال أستاذاً فخرياً في كلية فرنسا، والكتاب الذي شارك في تأليفه مع ريمون، استكشاف الكم: الذرات، التجاويف والفوتونات (2006)، لا يزال مرجعاً قياسياً للمجال الذي ساعد في اختراعه.