Michelle Starr
Yeni bir buluş, fizikçilerin, bir lazerle birebir biçimde davranan ve teorik olarak ‘sonsuza kadar’ varlığını koruyabilen bir atom ışını yaratmalarına imkân tanıdı. Bu haber, sonuçta teknolojinin pratik bir uygulama doğrultusunda ilerlediği manasına gelse de hâlâ büyük kısıtlamalar kelam konusu. Ne olursa olsun, bu, bir gün temel fizikî sabitlerini test etmek ve hassas bir teknolojik mühendislik yürütmek için kullanılabilecek, tek bir dalga halinde ilerleyen atomlardan oluşan bir ışın olan ve ‘atom lazeri’ diye isimlendirilen keşif açısından ileri gerçek atılmış büyük bir adım.
Atom lazerleri şimdi çok kısa bir mühletten beridir hayatımızdalar. Birinci atom lazeri, 1996 yılında Massachusettes Teknoloji Enstitüsü’nde (MIT) misyonlu fizikçilerden oluşan bir grup tarafından yaratıldı. Fikir kulağa çok kolaymış üzere geliyor: Tıpkı klasik bir ışık tabanlı lazerin dalgalarıyla senkronize biçimde hareket eden fotonlardan meydana geldiği formda, bir ışın halinde dağılmadan evvel atomlardan oluşan bir lazerin kendi dalga gibisi tabiatının da senkronize edilmesi gerekir.
Bununla birlikte, bilim alanındaki birçok problemde olduğu üzere, bir şeyi kavramsallaştırmak gerçekleştirmekten daha kolaydır. Atom lazerinin kökeninde, ‘Bose-Einstein yoğunlaşması’ ya da kısaca ‘BEC’ ismi verilen, unsurun hallerinden biri bulunur. BEC’ler, bir bozon bulutunun mutlak sıfırın sadece bir kısmına kadar soğutulmasıyla yaratılır. Bu derece düşük sıcaklıklarda, atomlar büsbütün durmaksızın mümkün olan en düşük güç durumuna ulaşırlar. Böylesi düşük güçlere ulaştıklarında, parçacıkların kuantum özellikleri artık birbirine tesir edemez; üst üste gelecek biçimde birbirlerine yaklaşırlar, bu durum bir ‘süper atom’ ya da unsur dalgası üzere davranan yüksek yoğunluklu bir atom bulutuyla neticelenir.
FAZLASIYLA KIRILGAN VE KARARSIZ
Öte yandan, BEC’ler bir paradoksu andırırlar. Çok kırılgandırlar; sadece ışık bile bir BEC’i yok edebilir. Bir BEC’de bulunan atomların optik lazerler kullanılarak soğutulduğu göz önünde bulundurulduğunda, bu durum ekseriyetle bir BEC’in mevcudiyetinin süreksiz olduğu manasına gelir.
Bilim insanlarının şu ana dek yaratmayı başardıkları atom lazerleri, süreklilik gösteren bir çeşitten fazla kesintili çeşitten olmuştu ve yeni bir BEC’nin üretimi gerçekleşmeden evvel sadece darbe biçimindeki bir ateşlemeyi içermekteydi.
Hollanda’da bulunan Amsterdam Üniversitesi’nden bir araştırma grubu, kesintisiz bir BEC oluşturmak için bir şeylerin değişmesi gerektiğinin farkına vardı. Fizikçi Florian Schreck, “Daha evvelki deneylerde, atomların kademeli biçimde soğutulması süreci tek bir yerde yapılıyordu. Bizim düzeneğimizde, soğutma evrelerini vakte değil, yere yaymaya karar verdik: Ardışık soğutma adımlarında ilerlerken atomları hareket ettiriyoruz” diye izah ediyor: “En nihayetinde, çok sıcak atomlar, bir BEC’de dengeli husus dalgaları yaratmak hedefiyle kullanılabilecekleri deney merkezine ulaşır. Öte yandan, bu atomlar kullanılırken, yeni atomlar BEC’i beslemek için esasen yoldadır. İşte bu sayede, süreci esasen sonsuza dek sürdürebiliriz.”
SÜREKLİ ÜRETİM İMKÂNI MEVCUT
Bu ‘deneyin merkezi’, BEC’i ışıktan koruyan bir kapandır ve deney sürdürüldüğü surece aralıksız olarak doldurulabilen bir depodur. Başka yandan, BEC’i, onu soğutan lazerin ürettiği ışıktan korumak teoride kolay olsa da pratikte tekrar biraz daha güçtü. Sadece teknik mahzurlar değil, bürokratik ve idari mahzurlar de kelam konusuydu.
Araştırmaya öncülük eden fizikçi Chun-Chia Chen, “2013 yılında Amsterdam’a taşınırken, bir inanç sıçraması, ödünç alınan fonlar, boş bir oda ve tam olarak şahsî hibelerle finanse edilen bir takımla işe başladık” diyor: “Altı yıl geçtikten sonra, 2019 yılında Noel sabahının erken saatlerinde, deney en sonunda gerçekleştirilmenin eşiğine gelmişti. Son bir teknik sorunu ortadan kaldırmak gayesiyle fazladan bir lazer ışını ekleme fikrimiz vardı ve çektiğimiz anlık imajlar birinci kesintisiz dalga BEC olan bir sonucu ortaya koydu.”
Nihayet kesintisiz atom lazerin birinci adımı olan ‘sürekli atom’ kısmı gerçekleştirildiğine nazaran, sonraki adımda, grubun kararlı bir atom ışınını muhafazaya çalıştığını aktarıyor. Bunu, atomları yakalanmamış bir duruma aktararak ve bu sayede yayılan bir unsur dalgası yaratarak başarabileceklerdi.
GÖRELİLİK VE KUANTUM BAĞINI AÇIĞA ÇIKARABİLİR
BEC’ler bağlamında istek gören bir tercih olan stronsiyum atomlarını kullandıkları için, araştırmalarının heyecan verici fırsatlar yarattığını lisana getiriyorlar. Mesela, stronsiyum BEC’leri kullanan atom interferometrisi, görelilik ve kuantum mekaniği araştırmaları gerçekleştirmek ya da kütleçekimsel dalgaları saptamak emeliyle kullanılabilir.
Araştırmacılar, yayınladıkları makalede, “Yaptığımız deney, büsbütün yansıtıcı boşluklu aynalar içeren kesintisiz dalgalı bir optik lazerin unsur dalgası benzeridir” diye belirtiyorlar: “Bu ‘ilke kanıtı’ gösterimi, kesintisiz kararlı unsur dalgası aletlerinin inşa edilmesini sağlayacak ve şu ana dek eksik olan yeni bir atom optiği modülü sağlıyor.”
Araştırma, Nature mecmuasında yayınlandı.
Yazının özgünü Science Alert sitesinden alınmıştır. (Çeviren: Tarkan Tufan)