האינטרנט שופע סרטונים של ענבים במיקרוגל הפולטים להבות פלזמה מרשימות. אבל למה? חוקרים בדקו והסבירו את התופעה – ומציעים ליישמה לייצור מיקרו-שבבים משופרים

הידעתם שאם תניחו במיקרוגל ענב חצוי כמעט לכל אורכו ותפעילו את המיקרו למשך כחמש שניות, תקבלו מופע מרהיב של להבות פלזמה? הניסוי המדעי הביתי הזה מוכר כבר שנים רבות, והאינטרנט מלא בסרטונים חובבניים של נסיינים נלהבים שמשתדלים שלא להרוס את המטבח שלהם בתהליך. הניסוי עלול להיות מסוכן ואין לבצע אותו בלי השגחת מבוגר. למרות פופולריות התופעה, עד כה לא היה הסבר מדעי נחרץ למה שעומד מאחוריה. כעת, אחרי תקופה ארוכה של מחקר מעמיק תוך הקרבת ענבים וחפצים דמויי-ענבים, ייתכן שחוקרים קנדים גילו את התשובה.

אז מה למעשה מתרחש כאן? כאשר חצאי הענב המחוברים מחוממים במיקרוגל, נוצר ניצוץ עז בנקודת החיבור ביניהם; בסופו של דבר, הניצוץ הזה יוצר פלזמה. הפלזמה היא מעין מצב צבירה שנבדל מגז, נוזל או מוצק, ומתאפיין בריבוי של חלקיקים חופשיים טעונים חשמלית שפולטים אור. אותו מצב צבירה מתקיים, גם אם לרגעים בודדים, בברקים ובאורות האופייניים לזוהר הקוטב. יתרה מזו, רוב החומר הנראה ביקום נמצא במצב פלזמה, בכוכבים ובתווך שביניהם.

העוסקים בתחום זה העלו את ההשערה, כי המקור לפלזמה הוא באנרגיה שמצטברת בחיבור בין חצאי הענבים עקב הולכה וריכוז של גלי המיקרוגל, בדומה לאנטנה. על פי תיאוריה זו, חלקיקים טעונים בתוך המים שבענבים מוליכים את האנרגיה כזרם חשמלי, עד שעוצמתה גדלה מספיק ומפיקה את הניצוץ הדרמטי. היעדר הבסיס המדעי להשערה עורר את סקרנותם של שלושה חוקרים מקנדה, שלראשונה, באמצעות ניסויים חכמים שתוארו במאמר בכתב העת PNAS, סיפקו הסבר מבוסס למופע הזיקוקים של הענבים. "צפייה בחתיכת פרי עולה בלהבות בתוך מיקרוגל היא מרגשת ונחרטת בזיכרון", מציינים החוקרים במאמרם, ומוסיפים: "יותר מדי תשומת לב ניתנה לפלזמה עצמה, במקום למקור של הניצוץ". 

כדורי מים, נתרן ואשלגן

מתברר כי גודלו, צורתו ותוכנו של הענב הם החשובים ליצירת הניצוץ. כאשר הניחו החוקרים ענב יחיד במיקרוגל וסרקו אותו באמצעות מצלמה תרמית, הם ראו כי הענב מתחמם ממרכזו כלפי חוץ, בשונה ממוצרי מזון אחרים, שמתחממים תחילה בשכבתם החיצונית. הסיבה לכך היא גודלו של הענב, שמתאים בדיוק ליצירת תופעה פיזיקלית בשם תהודה של הגלים האלקטרומגנטיים שנוצרים במיקרוגל. אורך הגלים האלו הוא כ-12 סנטימטרים, אך התוכן המימי של הענב מאט את תנועתם ומקצר את אורכם לכסנטימטר יחיד, כגודל ענב ממוצע. התאמה זו גורמת לתנודה ולכליאה של הגלים בתוך הענב, כך שהשדה האלקטרומגנטי החזק ביותר נוצר במרכזו וגורם להתחממות הייחודית.

כאשר שני חצאי ענב מחוברים זה לזה רק דרך פיסת קליפה זעירה, השדות האלקטרומגנטיים בכל מחצית מתארגנים מחדש ומתרכזים סביב נקודת המגע ביניהם. החוקרים אף הראו שתופעה זהה מתרחשת גם בין שני ענבים שלמים שנוגעים זה בזה, ויתרה מזו: אין כלל צורך בענבים! גם שימוש בביצי שליו, פירות יער או כדורי ג'ל המכילים מים מביא לאותה התוצאה. למען האמת, כל עצם כדורי בגודל דומה שמורכב ברובו ממים יביא לאותו האפקט.

בחינה של גלי האור שנפלטו מהניצוץ שנוצר בענב הראתה, כי הם מתאימים באורכם לאור הנפלט מחלקיקים טעונים של נתרן ואשלגן – שני יסודות נפוצים בקליפת הענב. השדה האלקטרומגנטי שמתרכז בנקודת מגע זעירה כל כך, בגודל של מילימטרים בודדים, מביא לטעינת-יתר של האשלגן והנתרן, אשר נפלטים מקליפת הענב ומציתים תגובת שרשרת של טעינה חשמלית של מולקולות האוויר סביבם. החלקיקים הטעונים מצטברים ומתחממים עד ליצירת להבת הפלזמה המרשימה.

לדבריו של פָּאוֹלוֹ בִּיאַנוּצִ'י מצוות המחקר, המסקנות הן יותר מאשר הסבר לתעלול מדעי. "בתחום פיתוח המיקרו-שבבים, שואפים כיום לבנות מיקרו-שבבים קטנים יותר ויותר", אומר ביאנוצ'י. "אם נוכל לרתום את התגלית הזאת לשיפור טכנולוגיות ההדפסה, נוכל להדפיס באמצעות אור פרטים קטנים ביותר, ברזולוציה של ננומטרים אחדים".  

מעבר לתועלת המעשית, מדובר בעוד דוגמה מרתקת לדרך שבה מדע ומחקר מסוגלים לספוג השראה מדברים פשוטים יחסית, כמו פירות שנקלעו למיקרוגל, ולהפיק מהם מסקנות שיעשירו את עולמנו ואת הדרך שבה אנו מבינים אותו.