Akıllara durgunluk verecek bir buluş: Saniyenin kentilyonda birinde lazer ışını yollayıp elektronların fotoğrafını çekmek mümkün olacak

Dilimiz alışmış, çok kısa süreleri tarif ederken ‘Göz açıp kapayana kadar geçti’ deriz. Ama ‘Göz açıp kapayana kadar geçen süre’ aslında az sonra anlatacağımız haber açısından neredeyse sonsuzluk kadar uzun bir süre.

Zaman ölçmekle ilgili bazı fizikçilerin kullandığı en kısa sürelerden birinin adı ‘attosecond.’

Bu kavramın matematiksel ifadesi 10 üzeri eksi 18. Veya şöyle yazalım: 1/1 000 000 000 000 000.

Yani 1 saniyenin 1 kentilyonda biri.

Bu sürenin ne kadar kısa bir süre olduğunu anlatmak için şu benzetmeyi de yapabiliriz: Eğer ‘attosecond’ın kendisi 1 saniye olsaydı, her bir normal bir saniyemiz 31,69 milyar yıl uzunluğunda olurdu.

Peki neden bu kadar kısa süreleri bilim kavramsallaştırma ihtiyacı duydu? 

Bu kısa sürelere bizim kendi duyularımızla tanık olmamız söz konusu değil. Ama bilim bu kısa sürelere pek çok konudaki farklı ölçümler için ihtiyaç duyuyor ve bu kısacık süreleri ölçmeyi de epeydir başarıyor.

İki örnek verelim:

Bir foton, 0.247 attosecond’da bir hidrojen atomunu bir uçtan diğerine geçiyor.

Bir elektron 320 attosecond’da bir atomdan diğerine transfer oluyor.

Bilimin bu kısacık süreleri ölçen cihazları epeydir var ama son birkaç yıldır çok önemli bir başka buluş var, hatta bu buluş geçen yıl Nobel Fizik Ödülünü kazandı.

Buluş, bir lazer kaynağının attosecond seviyesinde, yani o kadar kısa süreliğine ışın göndermesiyle ilgili.

İlk olarak sadece 53 attosecond uzunluğunda bir süre için lazer ışını göndermeyi başardı Viyana Teknik Üniversitesinde Ferenc Krauzs ve arkadaşları. Derken Anne L’Huillier, Ferenc Krausz ve Pierre Agostini 2023 Nobel Fizik Ödülünü bu lazer ışınının süresini 43 attosecond’a kadar düşürmeyi başardıkları için kazandı.

Bu o kadar önemli bir buluş ki, bilim bu sayede örneğin atomların çekirdeğinin etrafında dönen elektronları görebilir hale geldi. Yani, her bir lazer ışını atımını çekilen bir fotoğraf karesi gibi düşünebilirsiniz. Bu kadar kısa süreliğine açık kalan fotoğraf makinesi objektifi, o kısa zaman süresinde elektronu hareket halindeyken görebiliyor.

Bu teknoloji şimdi bir adım daha ileri taşındı; Avrupa’nın iki önemli fizik araştırma kurumu olan XFEL ve DESY’den bilim insanları, bu attosecond lazer ışınını mehahertz seviyesinde tekrar etmeyi de başardı.

Bu da şu demek, o attosecond’luk lazer ışını 1 saniye içinde en az 1000 kez tekrar tekrar gönderilebiliyor.

Bunun ne kadar büyük bir bilimsel ilerlemeyi temsil ettiğini şöyle söylemek mümkün:

Kuantum mekaniğinin 100 yıllık tartışması, kuantum seviyesindeki atom altı parçacıkları gözlememizi ciddi biçimde kısıtlıyor. Çünkü bu seviyedeki parçacıkları gözlemek için kullanacağımız her şey de kuantum seviyesinde gözleneni bozacak.

Ama bu çok kısa süreli lazerler aynı etkiyi yaratmıyor, yani gözlenen elektronu mesela bozmuyor, etkilemiyor. Aynı şeyi saniyede 1000 kez tekrar etmek ise neredeyse elektronun video görüntüsünü elde etmeye bile yarayabilir.

Bu önemli gelişme Nature Photonics adlı bilim dergisinde yayınlanan bir makaleyle duyuruldu. Makalenin bir numaralı yazarı olan XFEL’den fizikçi Jiawei Yan, bu attosecond kısalığındaki lazer ışınlarının atomik ölçekte maddeyi incelemek konusunda bilimin önüne çok geniş bir alan açtığını söylüyor.