Lazerler dar ve yönlendirilmiş bir ışık demetini belirli bir noktaya odaklayarak onları kesmek, yakmak ya da kaynak yapmak için harika bir araç haline getirir. Bu faaliyetlerin tümü ısı üretir veya ısı gerektirir. Lazer ışınları ışık hızında hareket ederler. Peki bir lazer dünyadaki en yavaş şeyi nasıl üretiyor?
İlk olarak, bir nesnenin sıcaklığı ile hızı arasındaki ilişkiyi anlamak önemlidir. Bir şey ne kadar sıcaksa o kadar fazla enerjisi vardır ve o kadar hızlı hareket eder. Tamamen hareketsiz görünen şeyler bile - örneğin bir kalem veya defter - hareketsiz değildir. Mikroskobik düzeyde, oluşturdukları parçacıklar hızla hareket ediyor. Bu hareketlilik canlılar için de geçerlidir. Tembel hayvanı (Sloth) örnek alalım. Bu ünlü yavaş hayvanın vücudunu oluşturan molekülleri yakınlaştırırsanız, moleküllerin sıçrayan bir evin içinde zıplayan çocuklar gibi davrandıklarını görürsünüz. Bu yaratığın vücudunun yaklaşık %70'i sudan oluşuyor ve bu su molekülleri saatte yüzlerce kilometre hızla zıplıyor.
Lazer Soğutma:
“Bu yüzden laboratuvar deneylerimde bir şeyleri soğutmak için parlak, yoğun lazerler kullanmam şaşırtıcı görünebilir. Atomların ve moleküllerin en düşük sıcaklıklarda nasıl davrandıklarıyla ilgilenen bir fizikçiyim. Kuantum mekaniğinin hüküm sürdüğü garip bir dünya burası. Bu alemde parçacıklar bazen okyanustaki dalgalar gibi davranırlar ve ister inanın ister inanmayın bazen aynı anda iki farklı yerde olabilirler.” diyor Katie McCormick.
Bu olağanüstü davranışı incelemek için lazerleri, Dünya'daki en soğuk şeyler olan soğuk atomlardan oluşan bulutlar üretmek için kullanıyor, buna Bose-Einstein yoğuşmaları deniyor. Bir grup atomu neredeyse mutlak sıfıra, mümkün olan en düşük sıcaklığa kadar soğuttuğunuzda, atomlar kuantum mekaniğine uymaya başlarlar ve şaşırtıcı şekillerde davranırlar.
Ultra-soğuk atom bulutlarını incelemek, süper iletkenler gibi diğer tuhaf malzemelerin nasıl çalıştığı hakkında ipuçları sağlayabilir. Süperiletkenler elektriği mevcut malzemelerden çok daha iyi taşır, hem de o kadar iyi ki, bir gün süper hızlı trenler yapmak için bile kullanılabilirler.
Araştırmacılar 1995 yılında atomları hiç olmadığı kadar soğuttular ve Albert Einstein tarafından tahmin edilen yeni bir madde durumu yarattılar. Bu grafik anlık görüntülerin, atomların daha çok yayılmış kırmızı, sarı, yeşil alanlardan, çok daha yoğun olan mavi ve beyaz alanlara doğru yoğunlaştığını göstermektedir.
Dünyadaki en yavaş şeyi yaratmak:
Peki lazerler bir atom bulutunu tam olarak nasıl soğutur? Laboratuvarda, ytterbium adı verilen gümüşi beyaz bir metalin atomlarına lazerler parlatarak başlanıyor. Gerçekten çok sıcak olan bu atomlar, 1 ayak genişliğindeki bir bölmenin içinde tutulurlar. Ancak lazer ışınının altında birkaç saniye geçirdikten sonra soğurlar, yavaşlarlar ve odanın ortasında sıkışıp kalırlar. Peki bu nasıl gerçekleşir? Lazer de dahil olmak üzere tüm ışık, ‘sürekli hareket eden enerji paketleri olan’ fotonlardan oluşur. Bölmeye bir lazer tutulduğunda, atomlar demetteki foton aktarımları ile çarpışırlar, yavaşlarlar ve soğurlar - güçlü bir rüzgara karşı gerçekten hızlı koşmayı denediğinizde olacağı gibi. Bu küçük çarpışmalar, atom bulutunun sıcaklığını, mutlak sıfırın birkaç milyonda birine kadar düşürür. Bu, 0 derece Fahrenheit'in 459 derece altındadır. Ancak bu da bu buluta dünyadaki en yavaş şey olma hakkını vermek için yeterli değil. Onu biraz daha soğuk hale getirmek için son bir adım gerekiyor, o adım da fizikçilerin “buharlaşmalı soğutma” dediği bir teknik.
İlk olarak, sarılmış bir telden elektrik geçirerek oluşturulan bir manyetik alan kullanılıp tüm atomlar yakalanır. Bu, atomları tutan görünmez bir kuyu yaratır (Bir kasenin dibinde oturan misketleri hayal edin). Daha sonra telden geçen elektrik akımı azaltılarak bu çanak şeklindeki kuvvet alanının kenarları indirilir. Bu, daha hızlı, daha sıcak atomların "kaseden" uzaklaşmasını ve tuzaktan kaçmasını sağlar.
Geride yalnızca daha yavaş atomlar kalır ve onlar gerçekten donmanın ötesindedir. Bu buluttaki atomlar ağır çekimde hareket ederler. Eğer etraflarında zıplamak yerine düz bir çizgide hareket etselerdi, bir odayı geçmeleri tam bir saat sürerdi. Karşılaştırma için, vücuttaki moleküllerin o odayı bir saniyeden çok kısa bir sürede geçebilmesi düşünülebilir.
Soğuk atom bulutundaki atomlar, kelimenin tam anlamıyla bir salyangoz hızından daha yavaş hareket ederler ve bu bulut dünyadaki en yavaş şeydir.
Kaynak:
https://theconversation.com/what-is-the-slowest-thing-on-earth-132827
https://www.iflscience.com/physics/what-is-the-slowest-thing-on-earth/
(Katie McCormick, Doktora Sonrası Fizik, Washington Üniversitesi)
0 yorum