Tessa Koumounduros
Innsbruck Üniversitesi’nde fizikçi olan Matthias Sonnleitner, “İlk kez birkaç atomu denetimli formda kutuplaştırarak ortalarında ölçülebilir bir alımlı kuvvet yaratmayı başardık” diyor.
Atomlar, moleküller meydana getirmek için farklı formlarda birbirine bağlanır ve tümü, bir çeşit ‘süper yapıştırıcı’ üzere davranarak bir yük alışverişine dahil olur.
Bunların bir kısmı tıpkı aralıksız biçimde soluduğumuz iki yapışık oksijen atomunun oluşturduğu en kolay gazlar üzere negatif yüklü elektronlarını paylaşarak, uzayda gezinen karmaşık hidrokarbonlar ile görece güçlü bağlar oluştururlar. Kimi atomlar, toplam yüklerindeki farklılıklar sebebiyle [diğerlerini] çekerler.
YENİ BİR YOL GELİŞTİRİLDİ
Elektromanyetik alanlar, bir atomun etrafında bulunan yüklerin nizamını değiştirebilir. Işık hızlı biçimde değişen bir elektromanyetik alan olduğu için, uygun biçimde yönlendirilmiş bir foton yağmuru, -teorik bağlamda- elektronları, bağlarını görebileceğimiz pozisyonlara 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 yavaşça bir istikamete yavaşça kayar, negatif yük ise yavaşça öteki tarafa kayar; böylelikle atom birden teğe müspet ve negatif taraflara sahip olarak polarize edilir [kutuplaştırılır].”
Haslinger, TU Wien’de atom fizikçisi olan Mira Maiwöger ve meslektaşları, ışığın atomları birebir biçimde kutuplaştırabildiğini göstermek için çok soğuk rubidyum atomlarını kullandılar ve bu da nötr atomların kısmen ‘yapışkan’ hale gelmesine yol açtı.
Maiwöger, “Bu çok zayıf bir cazip kuvvettir; bu nedenle, ölçüm yapabilmek için deneyi ziyadesiyle dikkatli bir biçimde gerçekleştirmeniz gerek” diyor.
“Şayet atomlar çok seviyede güç barındırıyor ve hızlı biçimde hareket ediyorlarsa, cazibeli kuvvet derhal yok olur. Bu sebeple, çok soğuk bir atom bulutu kullandık.”
Araştırma grubu, 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 tıpkı ölçüde olmasa da unsurun beşinci durumundaymış üzere 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 yansılar, atomu, ışının en ağır kısmına yanlışsız geri çekebilir.
Araştırmacıların, bu elektromanyetizm akışındaki atomlar ortasında ortaya çıktığı düşünülen zayıf çekim kuvvetini saptamak için kimi hassas hesaplamalar yapmaları gerekiyordu.
44 MİLİSANİYELİK DENEY
Manyetik alanı kapattıkları vakit, [oluşan] ışık katmanı floresan mikroskobu kullanılarak da görüntülendikleri lazer ışık alanına ulaşmadan evvel, atomlar yaklaşık 44 milisaniye boyunca hür 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 müşahede imajlarında eksik olduğunu fark ettiler. Bu boşlukların, rubidyum atomlarını bulutlardan dışarı atan ışık dayanaklı çarpışmalardan kaynaklandığını düşünüyorlar.
Bu bulgu, olup bitenlerin bir kısmını gözler önüne sermiş oldu; yani, atomları etkileyen sırf gelen ışık değil, tıpkı vakitte başka atomlardan saçılan ışıktı. Işık atomlara temas ettiğinde onları kutuplaştırıyordu.
Atomlar, kullanılan ışığın cinsiyle kontaklı biçimde, daha fazla ışık yoğunluğu ile çekildi ya da itildi. Bu sayede ya daha düşük ışık ya da daha yüksek ışık bölgesine gerçek çekildiler ve her durumda toplu halde birikmeye başladılar.
Maiwöger ve meslektaşları yayınladıkları makalede, “Bilindik radyasyon kuvvetleri ile [ışıkla tetiklenen] etkileşim ortasında yatan temel fark, ikincisinin, dağınık ışığın aracılık ettiği tesirli bir parçacıklar ortası etkileşim olması” diyor.
“Atomları (mesela, bir lazer ışınının odağı gibi) sabit bir pozisyonda tutmuyor; buna rağmen, onları en yüksek parçacık yoğunluğuna sahip bölgelere gerçek çekiyor.”
KÜÇÜK KUVVETLERİN BÜYÜK ETKİSİ
Atomları bir ortaya getiren bu kuvvet, daha bilindik olan moleküler kuvvetlerden çok daha cılız olsa da, büyük ölçeklerde toplanabilir. Bu durum, astronomların gök cisimlerini anlamamızı sağlamak hedefiyle kullandıkları özellikler olan emisyon modellerini ve rezonans sınırlarını değiştirebilir.
Bunun yanı sıra, uzaydaki moleküllerin nasıl oluştuğunu izah etmeye de yardımcı olabilir. Haslinger, “Uzayın enginliğinde, küçük kuvvetler dikkat cazip bir rol oynayabilir” diyor.
“Burada, birinci sefer, elektromanyetik radyasyonun atomlar ortasında bir kuvvet yaratabileceğini ortaya koymuş olduk; bu da şimdi açıklanamamış durumda olan astrofiziksel senaryolara yeni bir ışık tutmaya yardım edebilir.”
Araştırma, Physical Review X isimli bilimsel mecmuada yayınlandı.
Kaynak: Science Alert
Çeviren: Tarkan Tufan
