MADDENİN 5.HALİ:BOSE-EİNSTEİN YOĞUNLAŞMASI

bose-einstein condansate

Katı, sıvı, gaz, plazma … Şu ana kadar bize öğretilen ve bu zamana kadar bildiğimiz kadarıyla maddenin 4 hali. Ancak 20. Yüzyılın başlarında ortaya atılan bir görüşle maddenin bunlardan daha farklı bir hali olabileceği düşünülmeye başlanıyor.

einstein and bose
Maddenin 5. Halini Keşfeden Bose-Einstein

Atomaltı parçacık olan bozonu keşfeden Hintli bilim insanı Satyendra Nath Bose, Einstein’a yayımlayamadığı bir makalesini gönderip yardım istiyor.

Işık parçacıklarının davranış matematiğini atomlara uygulamak adlı makale Einstein’ın ilgisini çekiyor ve konu üzerinde düşünmeye koyuluyor. Bose’nin eksiklerini tamamlayarak bir sonuca ulaşıyor. Mutlak sıfıra yakın bir sıcaklığa kadar soğutulunabilen ve kuantum yasalarına uyan maddenin farklı bir hali olabileceği görüşüne varıyor. Bu mutlak sıfıra yakın olma durumu ise milyonda hatta milyarda bir yakınlık. Ancak o zamanlarda bu öngörülen madde elde edilemiyor. Bunun için bilim dünyası 70 yıllık bir bekleme durumuna geçiyor.

bose einstein condensate
Bose-Einstein Yoğunlaşması

Şimdi gelin birlikte bu maddenin birazda iç yapısından konuşalım.

Yüksek sıcaklıklarda, yüksek enerji durumunda atomlar bir araya gelerek gazları oluşturur. Eğer gazları belirli bir seviyeye kadar soğutursak sıvılar, sıvıları belirli bir seviyeye kadar soğutursak katılar meydana gelir. Peki eğer katıları mutlak sıcaklığa çok yakın bir seviyeye kadar soğutursak ne olur?

İşte o zaman atomlar bir nevi kimlik bunalımına giriyorlar. Normal şartlar altında atomlar aynı kuantum halinde olamaz ve birbirlerine zıt bir şekilde yörüngelere dizilirler. Buna kimyada Pauli dışlama ilkesi deniyor. Ancak Bose-Einstein yoğunlaşması bu ilkeyi çiğniyor. Artık kuantum fiziği kurallarına göre hareket ediyor ve dalga gibi davranmaya başlıyorlar. Mutlak sıfıra yaklaştıkça bireysellikten çıkıp toplu bir şekilde hareket ediyorlar ve tüm sistem sanki tek bir sistemmiş gibi davranmaya başlıyor. Öncesinde bağımsız bir şekilde dolaşan atom bu şekilde toplulukta kayboluyor. Eğer bu maddeyi incelersek bulanık bir top şekli görüyoruz.

view

Atomların durumunu da açıkladığımıza göre artık bu maddenin elde edilme çalışmalarına geçiş yapabiliriz.

İlk olarak 1978 yılında Dan Klepnner ve Tom Greytak hidrojen atomunu seçerek maddeyi elde etmeye çalışıyorlar. Seçtikleri madde ise son derece mantıklı bir seçim. Çünkü hidrojen çok hafif ve atomları birbirleriyle çok az etkileşime giriyorlar. Soğutma işleminde atomların manyetik alanlarını kullanarak bir hücre içinde hidrojen atomlarını tutmaya çalışıyorlar. Ancak atomlar o şartlar altında etkileşime giriyor ve enerji açığa çıkarıyor. Bu durum ise deneyin sıfırdan başlanması gerektiğini gösteriyor. Sonrasında birkaç bilim insanı da bu konuya merak salıyor ve çalışmaya başlıyorlar.

microview
Mikro görünüm


1990’ların başında MIT’den iki fizikçi Eric Cornell ve Carl Wieman bu çalışmanın aksine rubidyum ve sezyum gibi daha ağır atomları tercih ederek çalışmalarına başladılar. O zamanlarda konuşulanların aksine daha ağır bir atom seçerek zor olanı tercih etmişlerdi. Daha ağır atomlarda daha fazla enerji  kullanıldığı için daha farklı bir yöntem seçerek lazer ışınları ile atomların soğutulabileceğini düşünüyorlar. Aslında lazer ışını diyince aklımıza direkt sıcak gelir. Ancak iki bilim insanı lazer ışınlarını atomların dönüş frekansına ayarlayarak onları yavaşlattığını keşfediyorlar ve bu yöntemi kullanarak çalışmalarına devam ediyorlar. Sonrasında Wolfgan Ketterle de onlara katılıyor ve maddeyi elde etme çalışmaları son hızıyla devam ediyor.



5 haziran 1995’te Corneel ve Wieman sonunda maddeyi elde etmeyi başarıyorlar. Mutlak sıcaklığın 170 milyarda birine kadar soğutulan 3000 kadar rubidyum atomu ile saf bir Bose-Einstein yoğunlaşması elde ettiler. Yaklaşık 2 hafta sonra ise Wolfgan Ketterle 500 bin sodyum atomunu aynı yöntemleri kullanarak neredeyse durma noktasına yakın bir sıcaklığa soğutarak daha fazla Bose-Einstein yoğunlaşması elde etmiştir.

2001 yılında bu üç bilim insanı Nobel Fizik ödülünü paylaşmıştır.

Atom lazerlerinin yapımından tutun, atomlarını yavaşlatmaya kadar birçok deneyde kullanılan Bose-Einstein yoğunlaşması yakın zamanda kara deliklerin davranışlarının modellenmesi içinde kullanılmıştır. Netflix yapımı ‘SPEKTRAL’ adlı filmde bu maddeyi makroevrende de görebileceğimiz gösteriliyor. Daha somut bir şekilde olayları görmek isterseniz filmi izleyebilirsiniz.

https://www.youtube.com/watch?v=rmC3ZhIHHi4

Conversely, I came to realize that being good at something is hardly a reason to avoid doing it.

(Tersine, bir şeyde iyi olmanın onu yapmaktan kaçınmak için bir neden olmadığını fark ettim.)

                                                                                                 Eric Allin Cornell                

–    https://www.livescience.com/54667-bose-einstein-condensate.html

–     https://tr.wikipedia.org/wiki/Eric_Cornell

–     https://tr.wikipedia.org/wiki/Wolfgang_Ketterle

–      https://tr.wikipedia.org/wiki/Carl_Wieman

Bir cevap yazın