Nobel Fizik Ödülü’nü ışık dalgalarını akıl almaz hızda göndermeyi mümkün kılan üç bilimci aldı

Nobel Ödülleri, pazartesi tıp dalında verilen ödülle hızlı bir başlangıç yaptı. Kurum, dün de fizik dalındaki ödülleri sahiplerine dağıttı. Fizikte bazı süreçler göz açıp kapayıncaya kadar, bazıları da bir fotonun göz kırpışı kadar hızlı gerçekleşir. İşte bu yılki fizik ödülü de Ohio State Üniversitesi’nden Pierre Agostini, Max Planck Kuantum Optik Enstitüsü’nden Ferenc Krausz ve İsveç’teki Lund Üniversitesi’nden Anne L’Huillier’e ultra hızlı lazer alanındaki öncü çalışmaları için verildi.

Agostini, Krausz ve L’Huillier’in çalışmaları sayesinde atomun içindeki elektronları izlemek mümkün olmaya başladı. Elektron, atomun içinde akılalmaz bir hızla, saniyede 2 bin 200 kilometre hızda dönüyor. Üç bilim insanının bugün Nobel aldığı çalışmada ışık kaynağının yanıp sönme süresi 1 ‘attosaniye’ye kadar düşürülmüş. Yani elektronu her 1 attosaniyede bir görmeyi mümkün kılmış araştırmacılar.

Burada geçen ‘attosaniye’ de akılalmaz bir süre. 1 Attosaniye, 1 saniyenin kentilyonda biri. 1 kentilyon 1 rakamının yanında tam 19 tane sıfırın yazılı olduğu sayının adı. Saniyenin kentilyonda biri deyince, 0’ın yanına konan virgülden sonra tam 19 tane sıfır ve 1 rakamını yazmak gerekiyor. Veya matematikçilerin kısa yazımıyla 1×10^{−18 diye de yazılabilir.}

The New York Times gazetesinin hesabına göre 1 saniyenin içindeki attosaniyelerin sayısı, evren yaratıldığından beri (13,8 milyar yıldır) yaşanan bütün saniyelerin sayısı kadar. Yani ‘Göz açıp kapayana kadar’ lafı bu süre biriminde anlamsız, bu kadar sürede ne göz açılabilir ne kapatılabilir.

Üç bilim insanının çalışmalarını bir nevi çok hızlı fotoğraf makinasına benzetmek mümkün. Onlar sayesinde 1 Attosaniye gibi kısa bir süre içinde atoma gönderilen ışık (bu ister istemez bir lazer demeti) elektronun o anki halini gözlememizi sağlıyor.

Fakat az önce söylediğimiz gibi elektron da aslında çok hızlı hareket ediyor. Önünüze bir hesap makinesi alarak hesapladığınızda, o akılalmaz kısalıktaki 1 attosaniyede elektron da 2 metreden fazla yol alıyor. Yani elektronun hareketini bu kısacık süreye rağmen belli bir süreklilik içinde izleyemiyorsunuz. Dolayısıyla 1927 yılında büyük fizikçi Werner Heisenberg’in ortaya koyduğu belirsizlik prensibi, yani bir elektronun  aynı anda hem yerini hem yönünü (momentumunu) bilemeyeceğimize, bunlardan sadece birini bileceğimize dair ilkesi yerinde durmaya devam ediyor.

Peki ama Nobel alan bu büyük deneysel gelişme bize ne anlam ifade ediyor? Aslında çok yeni bazı teknolojilerin önünü açıyor bu buluş. Bu sayede içinde elektron kullandığımız her alanda ama en çok da elektronik ve tıbbi teşhis cihazları alanında yeni gelişmeler beklemek olası.

Elektronların hareketlerini izlememizi mümkün kıldılar

Nobel Komitesi Başkanı Eva Ollson, ödülü açıklarken “Attosaniye bilimi, fizikteki temel sorunları ele almamızı sağlıyor” yorumunda bulundu. Elektronların ve çekirdeklerin hareketleri, attosaniyeler içinde gerçekleşir. Bir fotoğrafçının hızlı nesnelerini fotoğrafını çekmek için daha hızlı lens kullanması gibi ultra hızlı lazerler de araştırmacıların bizim için hâlâ bulanık olan atomik süreçleri daha net görebilmelerini sağlayabilir.

Ne var ki ışığı kısa atımlara bölme işlemi o kadar kolay bir şey değil. L’Huillier, 1987 yılında kızılötesi bir lazeri argon gibi soygazdan geçirmenin ışıkta dağılmaya yol açtığını keşfettiğinde engellerden bazılarını yıkmayı başardı. Bu bulgunun üzerine Agostini, 2000’li yılların başında 250 attosaniye uzunluğunda çoklu ışık atımları yaratarak bu alandaki çalışmalara büyük katkıda bulundu. Sonra da Krausz’un bağımsız olarak gerçekleştirdiği 650 attosaniyelik atımlar, bu alandaki çalışmalar için kritik eşiği aştı.

Amerikan Fizik Derneği Başkanı ve Chicago Üniversitesi profesörlerinden Bob Rosner CNN’e verdiği demeçte, “Bir anlamda moleküllerin nasıl bir araya geldiğini gözlemlememizi sağlayan aracı geliştirdiler. Bu hareketler o kadar hızlı gerçekleşiyor ki normalde nasıl oluştuklarını ya da olayların sırasının ne olduğu konusunda hiçbir fikrimiz olmuyor” dedi. Rosner bunun önemini şöyle anlatıyor: “Bir ev inşa ettiğinizi düşünün. Temeliniz, duvarlarınız çatınız vardır. Karmaşık olan her şeyin bir sırası var. Moleküllerde de eğer sıralamayı doğru yapamazsanız tek bir bütün haline getiremezsin.”

Agostini, Krausz ve L’Huillier’in keşifleri sayesinde araştırmacılar artık attosaniyelik lazerler üretebiliyor. Bu tekniklerin geliştirilerek daha kısa atımlar gerçekleştirmesi, bilim insanlarının elektron hareketlerine bakışını derinleştirebilir.

Şimdiye kadar Nobel ödülü alan beşinci kadın fizikçi olan L’Huillier hislerini, “Bu gerçekten prestijli bir ödül ve bana verildiği için çok mutluyum. İnanılmaz bir şey” sözleriyle anlattı. L’Huillier, ödül aldığı haberini ders verirken öğrenmiş. Telefonu anca üçüncü çalışında açan fizikçi, “Dersin son yarım saatini yapmak biraz zor oldu” diyor.

Bütün ödüller 10 Aralık’ta sahiplerine dağıtılacak

İsveç Kraliyet Bilimler Akademisi, söz konusu üç bilim insanına ödül olarak 1 milyon dolar verecek. Dünkü tıp ödülü de Covid-19 aşılarının önünü açan mRNA teknolojisinin öncüsü olan Macar bilim insanı Katalin Kariko ve ABD’li meslektaşı Drew Weissman’a verilmişti.

Dinamitin mucidi olan zengin iş insanı Alfred Nobel’in vasiyeti üzerine başlatılan Nobel Ödülleri çok kritik durumlar hariç her sene bilim, edebiyat ve barış alanında sahiplerini buluyor. Geçen yıl fizik ödülünü Alain Aspect, John Clauser ve Anton Zeilinger iki parçacağın aralarındaki boşluktan bağımsız olarak birbirine bağlı olduğu kuantum dolanıklığı üzerine yaptıkları çalışmalarla ödül kazanmıştı.

Önümüzdeki günlerde kimya, edebiyat, barış ve ekonomi alanı olmak üzere dört dalda daha ödüller sahiplerini bulacak. Tüm ödüller açıklandıktan sonra, İsveç Kralı 16’ncı Carl Gustaf, Nobel’in ölüm yıldönümü olan 10 Aralık’ta Stockholm’da düzenlenecek bir törenle ödülleri sahiplerine takdim edecek ve hemen ardından törenin düzenlendiği belediye binasında ziyafet verilecek.

Korona aşısını bize veren mRNA teknolojisi bu yılın Nobel’ini kaptı