محمد زاهد حسن

محمد زاهد حسن عالم فيزياء تجريبي بنغلاديشي أمريكي، ساعد عمله الصبور الممتد لعقود في فتح واحدة من أكثر جبهات فيزياء القرن الحادي والعشرين إثارة، وهي دراسة المواد الطوبولوجية، وهي صنف من المواد الصلبة تتصرف فيه الإلكترونات بطرق لا يستطيع الحدس الكلاسيكي توقعها. يعمل حسن في جامعة برينستون، حيث يشغل كرسي يوجين هيغينز لأستاذية الفيزياء، وقد قاد فرقًا بحثية اكتشفت تجريبيًا ظواهر لم تكن متنبأ بها إلا في لغة الرياضيات المجردة، فحوّل النظرية الأنيقة إلى واقع مخبري قابل للقياس والتكرار.

وُلد حسن في بنغلاديش، وحمل معه، كما هو حال كثير من الطلاب الموهوبين في المنطقة، احترامًا عميقًا للعلم وافتتانًا مبكرًا بالنظام الخفي للعالم الطبيعي. قادته رحلته عبر القارات سعيًا وراء أفضل تدريب علمي متاح. أتمّ دراسته للدكتوراه في جامعة ستانفورد، فغاص في فيزياء المادة المكثفة وفي تقنية تجريبية بالغة القوة هي مطيافية الانبعاث الضوئي، التي ستصبح فيما بعد أداته المميزة. ومن هناك تنقّل بين بيئات بحثية مرموقة، شملت فترات ارتبطت بمختبرات بل وبجامعة برينستون، فجمع تدريجيًا ذلك المزيج النادر بين الطلاقة النظرية والإتقان التجريبي الذي سيرسم ملامح مسيرته.

ولفهم أهمية عمل حسن، لا بد من إدراك ثورة هادئة اجتاحت الفيزياء في العقود الأولى من القرن الجديد. فطوال القرن العشرين صنّف الفيزيائيون حالات المادة — الصلبة والسائلة والغازية وأبناء عمومتها الغريبة الكثيرين — أساسًا حسب التماثل وحسب الطريقة التي ترتب بها الجسيمات نفسها. غير أن علماء الرياضيات درسوا منذ زمن نوعًا مختلفًا من الخصائص هو الطوبولوجيا، أي دراسة السمات التي تبقى ثابتة عند التشويه المستمر، مثل عدد الثقوب في كعكة محلاة. وبرزت فكرة ثورية مفادها أن بعض المواد يمكن تصنيفها لا بحسب تماثلها فحسب، بل بحسب خصائص طوبولوجية خفية في الدوال الموجية الكمومية التي تصف إلكتروناتها. وتحمل هذه المواد الطوبولوجية حالات محمية تتمتع بمتانة استثنائية، وتقاوم كثيرًا من العيوب والاضطرابات التي تؤرق الأنظمة الإلكترونية عادة.

أدرك حسن مبكرًا أن هذا ليس مجرد تجريد جميل، بل شيء يمكن البحث عنه وإثباته في بلورات حقيقية. وباستخدامه وتطويره لتقنية مطيافية الانبعاث الضوئي المحلولة بالزاوية — وهي طريقة يُسلَّط فيها الضوء على المادة وتُقاس بدقة طاقات الإلكترونات المنبعثة وزواياها لرسم البنية الإلكترونية في الداخل — انطلق هو وزملاؤه لملاحظة بصمات الطوبولوجيا مباشرة. ففي عامي 2007 و2008، أبلغ فريقه عن الملاحظة التجريبية لأول عازل طوبولوجي ثلاثي الأبعاد، وهو مادة عازلة في كتلتها الداخلية لكنها توصل الكهرباء على سطحها عبر حالات محمية خاصة. كان ذلك إنجازًا فارقًا: حالة من حالات المادة كانت الرياضيات تهمس بوجودها، صارت الآن مرئية.

لكن أشهر إنجازات حسن جاء عام 2015، حين أعلن فريقه عن الاكتشاف التجريبي لفرميون فايل. وفرميون فايل جسيم عديم الكتلة اقترحه لأول مرة عام 1929 عالم الرياضيات هيرمان فايل بوصفه حلًا لمعادلات ميكانيكا الكم. وظل لأكثر من ثمانية عقود شبحًا — بُحث عنه بين الجسيمات الأساسية كالنيوترينوات لكنه لم يُعثر عليه قطعيًا في الطبيعة. وكان من بصيرة حسن، التي شاركها المجتمع العلمي الأوسع، أن مثل هذا الجسيم لا يلزم أن يوجد ككيان أولي حر، بل يمكن أن ينبثق كإثارة جماعية للإلكترونات داخل بلورة مصممة خصيصًا. وبدراسة شبه الفلز زرنيخيد التنتالوم، رصد فريقه التواقيع التي لا تُخطئ لفرميونات فايل: ما يُعرف بأقواس فيرمي على سطح المادة، والتقاطعات الخطية للنطاقات، المعروفة بعُقد فايل، في باطنها. وبعد خمسة وثمانين عامًا، رُصد أخيرًا جسيم خرج من معادلة عام 1929، لا في مسرّع عملاق بل في بلورة صغيرة على طاولة مختبر. ولقي الاكتشاف ترحيبًا عالميًا، وعُدّ من أهم اختراقات الفيزياء في ذلك العام.

وما يجعل مسيرة حسن ملهمة بصفة خاصة هو المزيج بين الجرأة الفكرية والإتقان الدقيق الذي تطلبته. فتجارب الانبعاث الضوئي عند هذا المستوى مُرهِقة إلى أبعد حد. فهي تتطلب عينات فائقة النقاء، ودرجات حرارة قرب الصفر المطلق، ومصادر ضوئية شديدة ومضبوطة بدقة، وصبرًا يكاد يكون فنيًا في استخلاص إشارات واضحة من الضجيج. وكثير من التجارب يفشل مرات عديدة قبل أن ينجح. وقد بنى حسن في مختبره ثقافة يستطيع فيها الباحثون الشباب من شتى أنحاء العالم — طلابًا وباحثين بعد الدكتوراه من جنسيات وخلفيات متعددة — أن ينموا ليصبحوا علماء مستقلين بينما يسهمون في اكتشافات أعادت تشكيل الميدان. وقد مضى عدد من متدربيه ليقودوا مختبراتهم الخاصة، فامتد أثره إلى ما هو أبعد من نتائجه هو.

وبعد اكتشاف فرميون فايل، واصل حسن وزملاؤه توسيع فهرس الأطوار الطوبولوجية. فاستكشفوا حديقة كاملة من المواد والجسيمات شبه الأولية ذات الصلة — بما في ذلك إثارات غريبة لا نظير مباشر لها بين الجسيمات الأولية، تُسمى أحيانًا فرميونات جديدة لا يمكن أن توجد إلا داخل البلورات بسبب التماثلات الخاصة بالمادة الصلبة. وأظهر هذا العمل أن المواد الصلبة ليست مجرد خلفيات سلبية، بل يمكن أن تعمل مختبرات لاختبار محتوى الكون من الجسيمات بل وتجاوزه، مانحة الفيزيائيين منفذًا إلى ظواهر كانت ستتطلب طاقات تفوق أي مسرّع.

وتمتد تبعات هذا البحث من أعمق أسئلة الفيزياء الأساسية إلى أكثر آمال التقنية عملية. فالحالات السطحية المحمية في المواد الطوبولوجية بالغة الاستقرار، ما يجعلها مرشحات جذابة لإلكترونيات المستقبل منخفضة الطاقة، ولمكوّنات الحواسيب الكمومية، حيث يجب حماية المعلومات الكمومية الهشة من الاضطراب. كما تُظهر أشباه فلزات فايل خصائص نقل غير اعتيادية، تشمل استجابات غريبة للحقول المغناطيسية، قد تُسخَّر يومًا في المستشعرات والأجهزة. ومع أن كثيرًا من هذه الإمكانات لا يزال قيد الاستكشاف، فإن الاكتشافات التأسيسية التي حققها حسن وغيره هي ما ستقوم عليه أي تقنية مستقبلية.

وقد حظيت إسهامات حسن بتكريمات عديدة، واستُشهد بأعماله المنشورة في كبريات المجلات العلمية في العالم عشرات الآلاف من المرات. ومع ذلك، فإن من يعرفونه كثيرًا ما يؤكدون لا على الجوائز بل على إحساسه بالدهشة وإصراره على الدقة. إنه يجسد روحًا تتردد أصداؤها عميقًا في التقليد الطويل لعلماء المسلمين الذين رأوا في الدراسة المتأنية للطبيعة نوعًا من الإجلال — محاولة لقراءة النظام المنسوج في الخلق بتواضع ودقة.

وفي قوس حياة حسن شيء مفعم بالأمل. فطالب من بنغلاديش، بعيد عن مراكز الفيزياء التاريخية، صار واحدًا ممن علّموا العالم رؤية حالة جديدة من حالات المادة. وقصته تشهد أن الفضول لا يعرف حدودًا، وأن الاختراقات كثيرًا ما تأتي لمن يرضى بقضاء سنين في إتقان حرفة صعبة، وأن الحد الفاصل بين الرياضيات الخالصة والواقع الملموس أكثر نفاذية مما نتصور. فكرة كُتبت عام 1929 انتظرت بصبر في المعادلات حتى وجد، بعد أجيال، عالمٌ تجريبي دقيق البلورة المناسبة ليُخرجها إلى النور.

وللشباب، وللشباب المسلمين المنجذبين إلى العلم خاصة، تقدم مسيرة حسن رسالة واضحة ومشجعة. فجبهة المعرفة لا تزال مفتوحة. وهي تكافئ المثابرة لا البريق، والعمق لا التعجل، والتعاون لا العزلة. فالكون نفسه الذي ألهم علماء بغداد وقرطبة وسمرقند قبل ألف عام لا يزال يخفي أسرارًا لا تُحصى، وأدوات كشفها في متناول كل من يرضى أن يتعلم وأن يخفق وأن يحاول من جديد. إن اكتشافات زاهد حسن — العازل الطوبولوجي الذي صار مرئيًا، وفرميون فايل الذي أُخرج من معادلة عمرها خمسة وثمانون عامًا — تقف برهانًا حيًا على أن السعي الصبور إلى الفهم لا يزال قادرًا على إدهاش العالم.