Tessa Koumounduros

DUVAR - Innsbruck Üniversitesi’nde fizikçi olan Matthias Sonnleitner, “İlk defa birkaç atomu kontrollü şekilde kutuplaştırarak aralarında ölçülebilir bir çekici kuvvet yaratmayı başardık” diyor.

Atomlar, moleküller meydana getirmek için farklı şekillerde birbirine bağlanır ve tümü, bir çeşit ‘süper yapıştırıcı’ gibi davranarak bir yük alışverişine dahil olur.

Bunların bir kısmı tıpkı aralıksız biçimde soluduğumuz iki yapışık oksijen atomunun oluşturduğu en basit gazlar gibi negatif yüklü elektronlarını paylaşarak, uzayda gezinen karmaşık hidrokarbonlar ile görece güçlü bağlar oluştururlar. Kimi atomlar, toplam yüklerindeki farklılıklar sebebiyle [diğerlerini] çekerler.

YENİ BİR YÖNTEM GELİŞTİRİLDİ

Elektromanyetik alanlar, bir atomun çevresinde bulunan yüklerin düzenini değiştirebilir. Işık süratli biçimde değişen bir elektromanyetik alan olduğu için, uygun şekilde yönlendirilmiş bir foton yağmuru, -teorik bağlamda- elektronları, bağlarını görebileceğimiz konumlara itebilir.

Viyana Teknik Üniversitesi’nde (TU Wien) fizikçi olan Philipp Haslinger, “Eğer harici bir elektrik alanını harekete geçirirseniz, bu yük dağılımı biraz değişir” diye izah ediyor.

“Pozitif yük hafifçe bir yöne hafifçe kayar, negatif yük ise hafifçe diğer yöne kayar; böylece atom birden bire pozitif ve negatif taraflara sahip olarak polarize edilir [kutuplaştırılır].”

Haslinger, TU Wien’de atom fizikçisi olan Mira Maiwöger ve meslektaşları, ışığın atomları aynı biçimde kutuplaştırabildiğini göstermek için aşırı soğuk rubidyum atomlarını kullandılar ve bu da nötr atomların kısmen ‘yapışkan’ hale gelmesine yol açtı.

Maiwöger, “Bu çok zayıf bir çekici kuvvettir; bu nedenle, ölçüm yapabilmek için deneyi fazlasıyla dikkatli bir şekilde gerçekleştirmeniz gerek” diyor.

“Şayet atomlar aşırı düzeyde enerji barındırıyor ve süratli biçimde hareket ediyorlarsa, çekici kuvvet derhal yok olur. Bu sebeple, aşırı soğuk bir atom bulutu kullandık.”

Araştırma ekibi, altınla kaplanmış bir çipin altında, yaklaşık 5 bin atomdan oluşan bir bulutu manyetik alan kullanarak tek bir düzlemde hapsetti.

Burası, atomları mutlak sıfıra yaklaşan sıcaklıklara (-273°C) kadar soğutarak bir kuasikondensat [yarı-yoğuşuk madde] oluşturdukları yer; bu yolla rubidyum parçacıkları toplu biçimde hareket etmeye ve tam olarak aynı ölçüde olmasa da maddenin beşinci durumundaymış gibi özelliklerini paylaşmaya başlarlar.

Bir lazerle vurulan atomlar çeşitli kuvvetlere maruz kalırlar. Mesela, gelen fotonların taşıdığı radyasyon basıncı, onları bir ışık demeti boyunca itebilir. Bu esnada, elektronlarda oluşan tepkiler, atomu, ışının en yoğun bölümüne doğru geri çekebilir.

Araştırmacıların, bu elektromanyetizm akışındaki atomlar arasında ortaya çıktığı düşünülen zayıf çekim kuvvetini saptamak için kimi hassas hesaplamalar yapmaları gerekiyordu.

44 MİLİSANİYELİK DENEY

Manyetik alanı kapattıkları zaman, [oluşan] ışık katmanı floresan mikroskobu kullanılarak da görüntülendikleri lazer ışık alanına ulaşmadan önce,  atomlar yaklaşık 44 milisaniye boyunca serbest düşüşe maruz bırakıldı.

Düşüş esnasında bulut doğal olarak genişledi; bu sayede araştırmacılar farklı yoğunluklarda ölçümler gerçekleştirebildiler.

Maiwöger ve arkadaşları, yüksek yoğunluklarda, atomların yüzde 18’lik kısmının kaydettikleri gözlem görüntülerinde eksik olduğunu fark ettiler. Bu boşlukların, rubidyum atomlarını bulutlardan dışarı atan ışık destekli çarpışmalardan kaynaklandığını düşünüyorlar.

Bu bulgu, olup bitenlerin bir kısmını gözler önüne sermiş oldu; yani, atomları etkileyen yalnızca gelen ışık değil, aynı zamanda diğer atomlardan saçılan ışıktı. Işık atomlara temas ettiğinde onları kutuplaştırıyordu.

Atomlar, kullanılan ışığın türüyle bağlantılı biçimde, daha fazla ışık yoğunluğu ile çekildi ya da itildi. Bu sayede ya daha düşük ışık ya da daha yüksek ışık bölgesine doğru çekildiler ve her durumda toplu halde birikmeye başladılar.

Maiwöger ve meslektaşları yayınladıkları makalede, “Bilindik radyasyon kuvvetleri ile [ışıkla tetiklenen] etkileşim arasında yatan temel fark, ikincisinin, dağınık ışığın aracılık ettiği etkili bir parçacıklar arası etkileşim olması” diyor.

“Atomları (mesela, bir lazer ışınının odağı gibi) sabit bir konumda tutmuyor; buna karşın, onları en yüksek parçacık yoğunluğuna sahip bölgelere doğru çekiyor.”

KÜÇÜK KUVVETLERİN BÜYÜK ETKİSİ

Atomları bir araya getiren bu kuvvet, daha bilindik olan moleküler kuvvetlerden çok daha cılız olsa da, büyük ölçeklerde toplanabilir. Bu durum, astronomların gök cisimlerini anlamamızı sağlamak amacıyla kullandıkları özellikler olan emisyon modellerini ve rezonans hatlarını değiştirebilir.

Bunun yanı sıra, uzaydaki moleküllerin nasıl oluştuğunu izah etmeye de yardımcı olabilir. Haslinger, “Uzayın enginliğinde, küçük kuvvetler dikkat çekici bir rol oynayabilir” diyor.

“Burada, ilk kez, elektromanyetik radyasyonun atomlar arasında bir kuvvet yaratabileceğini ortaya koymuş olduk; bu da henüz açıklanamamış durumda olan astrofiziksel senaryolara yeni bir ışık tutmaya yardım edebilir.”

Araştırma, Physical Review X adlı bilimsel dergide yayınlandı.

Kaynak: Science Alert

Çeviren: Tarkan Tufan