Gezegenlerin hareketlerini ölçmek için günler, aylar ve yıllar içinde düşünüyoruz. 100 metre koşusunu koşan bir insanı ölçmek için saniyeleri veya saniyenin yüzde birini kullanırız. Ancak mikroskobik dünyanın derinliklerine daldıkça nesneler daha hızlı hareket eder. Elektronların dansı gibi neredeyse anlık hareketleri ölçmek için çok daha ince işaretlere sahip kronometrelere ihtiyacımız var. Bu da attosaniyeler anlamına geliyor.
Sonuç, yalnızca 53 attosaniye uzunluğunda bir elektron darbesidir.
Atom altı dünyasının hayal edilemeyecek kadar hızlı hareket eden parçacıklarına bir göz atmak için, hayal edilemeyecek kadar kısa ışık parlamaları üretmeniz gerekiyor. Üç fizikçi Anne L’Huillier, Pierre Agostini ve Ferenc Kraus, sonunda bunu başardı.
Araştırmacılar Pierre Agostini, Ferenc Krausz ve Anne L’Huillier, molekülleri attosaniye uzunluğunda ışık flaşlarıyla aydınlatarak bilim insanlarının elektronu inceleme biçiminde devrim yaratan çalışmaları nedeniyle 2023 Nobel Fizik Ödülü’nü kazandı
Bu üç fizikçi, yalnızca attosaniyeler süren, bir saniyeden milyarlarca milyar kat daha kısa periyotlar süren lazer darbeleri üretmek için teknikler geliştirdiler. Öncü çalışmalarından dolayı da 2023 Nobel Fizik Ödülü’nü paylaştılar. Bu da attosaniye fiziğinin ve kimyasının başlangıcı anlamını taşıyor. Peki ama attosaniye tam olarak nedir?
Attosaniye nedir? Bir attosaniye ne kadar sürer?
Bildiğiniz gibi çok büyük ya da çok küçük sayılardan bahsederken bazı ön ekler kullanırız. Atto ifadesi de aslında bir ön ektir ve 10-18 anlamına gelir. Bu ön eki saniyenin önüne getirdiğimiz zamanlarda da saniyenin kentilyonda birini yani 0,000000000000000001 saniyeyi anlarız. Bir saniyelik sürede, evrenin doğumundan bu yana geçen saniyelerden daha fazla attosaniye geçmektedir.
Sistem 1960 yılında resmi olarak kabul edilmiştir. En son 1991 yılında olmak üzere periyodik olarak güncellenmiştir. Toplam 20 ön eki kapsar. Her biri 10 sayısının belli bir kuvvetini temsil eder.
1970’lerde ve 1980’lerde araştırmaların en ileri noktası nanosaniyeler (saniyenin milyarda biri) ve pikosaniyeler (trilyonda biri) idi. Daha sonra saniyenin katrilyonda biri olan femtosaniyeler ile tanıştık. Ancak tüm bu zaman dilimleri elektronların hareketini görmemiz için yeterli değildi. Çünkü elektronlar, bilim insanlarının femtosaniye seviyesinde tam olarak ne yaptıklarını analiz edemeyeceği kadar hızlı hareket etmektedirler.
Bir benzetme olarak yaklaşık 1 saniye uzunluğunda uzun pozlamalar çekebilen bir kamera düşünün. ( Uzun pozlama ise birkaç saniye ile birkaç saat arasında enstantane hızlarıyla fotoğraf çekmeyi ifade eder. ) Bu kamera ile kameraya doğru koşan bir insan ya da gökyüzünde uçan bir kuş gibi hareket halindeki şeylerin fotoğrafını çekerseniz bu hareketler fotoğraflarda bulanık görünür ve tam olarak ne olduğunu görmek zorlaşır.
Ardından, 1 milisaniyelik pozlamaya sahip bir kamera kullandığınızı hayal edin. Artık daha önce bulanık gördüğümüz hareketleri, net ve kesin biçimde görmemiz mümkün olacaktır. Bu nedenle atom altı dünyasının incelenmesinde Femtosaniye ölçeği yerine attosaniye ölçeğinin kullanılması büyük fark yaratacaktır.
Attosaniye darbeleriyle neler yapabilirsiniz?
Elektronların atom ve moleküllerdeki yeniden düzenlenmesi fizikteki birçok sürece rehberlik eder ve kimyanın neredeyse her bölümünün temelini oluşturur. Bu nedenle araştırmacılar elektronların nasıl hareket ettiğini ve yeniden düzenlendiğini anlamak için uzun zamandır çabalıyorlar.
Ancak elektronlar fiziksel ve kimyasal süreçlerde çok hızlı hareket ettiği için onları incelemek kolay değildir. Bu süreçleri araştırmak için bilim insanları, maddenin ışığı nasıl emdiğini veya yaydığını inceleyen bir yöntem olan spektroskopiyi kullanıyorlar. Elektronları gerçek zamanlı olarak takip etmek için araştırmacıların, elektronların yeniden düzenlenmesi için gereken süreden daha kısa bir ışık darbesine ihtiyacı var.
Daha önce bilim insanları daha ağır ve daha yavaş hareket eden atom çekirdeklerinin hareketini femtosaniyelik (10⁻¹⁵) ışık darbeleriyle inceleyebiliyorlardı. Ancak araştırmacılar, attosaniyelik ışık darbeleri üretene kadar elektron ölçeğinde hareket göremiyorlardı.
Üç araştırmacının fizikte 2023 Nobel Ödülü’nü kazandığı araştırma olan attosaniye darbeleri üretme yeteneği ilk olarak 2000’li yılların başında mümkün oldu ve bu alan o zamandan beri hızla büyümeye devam etti. Attosaniye spektroskopisi, atomların ve moleküllerin daha kısa anlık görüntülerini sağlayarak araştırmacıların, elektron yükünün nasıl göç ettiği ve atomlar arasındaki kimyasal bağların nasıl kırıldığı gibi tek moleküllerdeki elektron davranışını anlamalarına yardımcı oldu.
Elektronların davranışlarını attosaniye ölçeğinde anlamak ve kontrol etmek, araştırmacıların başka yollarla yapamayacakları kimyasal reaksiyonları kontrol etmek için lazerleri kullanmalarına olanak sağlayacaktır. Bu yetenek, mevcut kimyasal tekniklerle oluşturulamayan yeni moleküllerin tasarlanmasına da yardımcı olabilir.
Sonuç Olarak;
Attosaniye bilimindeki heyecan verici problemler üzerinde aktif olarak çalışan çok sayıda araştırma grubu var. Yani attosaniye biliminin uzun ve parlak bir geleceği var. Hatta şu anda Zeptosaniye (10-21 saniye) ölçeğinde lazer darbeleri üretmeye yönelik fikirler de önerilmiş durumda. Bilim insanları, attosaniye darbelerinden bile daha hızlı olan bu darbeleri, çekirdek içindeki proton gibi parçacıkların hareketini incelemek için kullanmayı öngörüyorlar.
1925 yılında, kuantum mekaniğinin öncülerinden biri olan Werner Heisenberg, bir elektronun bir hidrojen atomunun çevresinde dönmesi için geçen sürenin gözlemlenemez olduğunu savunmuştu. Dönemin koşullarına göre haklıydı. Ancak Heisenberg, L’Huillier, Agostini ve Krausz gibi 20. yüzyıl fizikçilerinin yaratıcılığını hafife alıyordu. Elektronun burada ya da orada olma ihtimali an be an, attosaniyeden attosaniyeye değişiyor. Onlarla etkileşime girebilecek attosaniyelik lazer darbeleri oluşturma yeteneği sayesinde araştırmacılar, çeşitli elektron davranışlarını artık doğrudan araştırabilirler.
Kaynaklar ve ileri okumalar
- Explained: Femtoseconds and attoseconds. Yayınlanma tarihi: 18 Temmuz 2012. Kaynak site: MIT News. Bağlantı: Explained: Femtoseconds and attoseconds
- What is an attosecond? A physical chemist explains the tiny time scale behind Nobel Prize-winning research. Yayınlanma tarihi: 3 Ekim 2023. Kaynak site: Conversation. Bağlantı: What is an attosecond? A physical chemist explains the tiny time scale behind Nobel Prize-winning research
- How These Nobel-Winning Physicists Explored Tiny Glimpses of Time. Kaynak site: The Wire. Yayınlanma tarihi: 8 Ekim 2023. Bağlantı: How These Nobel-Winning Physicists Explored Tiny Glimpses of Time
Size Bir Mesajımız Var!
Matematiksel, 2015 yılından beri yayında olan ve Türkiye’de matematiğe karşı duyulan önyargıyı azaltmak ve ilgiyi arttırmak amacıyla kurulmuş bir platformdur. Sitemizde, öncelikli olarak matematik ile ilgili yazılar yer almaktadır. Ancak bilimin bütünsel yapısı itibari ile diğer bilim dalları ile ilgili konular da ilerleyen yıllarda sitemize dahil edilmiştir. Bu sitenin tek kazancı sizlere göstermek zorunda kaldığımız reklamlardır. Yüksek okunurluk düzeyine sahip bir web sitesi barındırmak ne yazık ki günümüzde oldukça masraflıdır. Bu konuda bizi anlayacağınızı umuyoruz. Ayrıca yazımızı paylaşarak veya Patreon üzerinden ufak bir bağış yaparak da büyümemize destek olabilirsiniz. Matematik ile kalalım, bilim ile kalalım.
Matematiksel
