Bilim Dünyasında Yeni Keşif: Aynı Yüklü Parçacıkların Çekim Etkileşimi

Çocukluktan itibaren, okullarda öğrendiğimiz üzere, aynı yükteki parçacıkların (pozitif ya da negatif) birbirini reddettiği, fakat zıtların birbirini çektiği bilinir. Ancak, yeni bir bulgu, belirli şartlar altında, aynı yüklerin de birbirine çekim gösterebileceğini gösteriyor. Nature Nanotechnology dergisinde yakın bir tarihte yayımlanan bir makalede, Oxford Üniversitesi’nden bilim insanları, çözeltiler içinde aynı yükteki parçacıkların birbirini nasıl çekebildiğini açıkladılar.

Çalışmayı yürüten Madhavi Krishnan’ın bilimsel serüveni, 2000’lerin ortasında DNA zincirlerinin dar yarıklara nasıl sığdırıldığını araştırırken karşılaştığı “aynı yük çekim sorunsalı” ile başlamıştır. DNA’nın yarığa uyum sağlayarak gözlemci bir yapı oluşturması beklenirken, aksine yarığın kenarları boyunca düzenli bir hizalanma gösterdi. Dışsal bir etki olmadan, DNA’nın yarığa doğru yönelmesinin tek izahı, her ikisinin de negatif yük taşımasına karşın, DNA’nın yarığa çekilmesi olabilir. Bu durum, çekim ve itme kuvvetlerinin göründüğü gibi olmayabileceği fikrini uyandırmıştır.

Yıllar süren araştırmalar boyunca, pek çok bilim insanı aynı yükteki parçacıkların birbirini nasıl çekebileceğine dair teoriler geliştirdi; Bu çalışmalardan biri 1930’lara, Irving Langmuir’ün çalışmalarına dayanmaktadır.

Aynı yükteki parçacıkların birbirini çekme olgusu, özellikle sıvılar içinde ve katıların sıvılarla etkileşiminde gözlemlenmektedir. Krishnan, Physics World dergisine verdiği demeçte, “Bir bilim insanı olarak kariyerime başladığımda bu meydan okumayla yüzleştim” ifadelerini kullandı. “Gözlemlerimiz, sıvı fazdaki temel bir fenomenin anlaşılmış yapısından bu denli önemli bir ayrılık gösterdiğinden, bu sorunu görmezden gelmek hiçbir zaman mümkün olmayacaktı” şeklinde konuştu.

Sıvılar içindeki benzer yüklerin birbirini çekmesi, çok değerlikli iyonların kullanımıyla defalarca gözlemlenmiş bir fenomendir. Ancak, bu iyonlar, benzer yüklü moleküllerin uzun mesafelerde birbirini itmesi beklenen DLVO (Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek) teorisinin dışında kalan, bilinen iyonik türlerdir. Moleküller arası etkileşimlerde Van der Waals kuvvetleri yetersiz kaldığında bu durum ortaya çıkar.

Öte yandan, sulu çözeltilerde bulunan nükleik asitler, lipozomlar, polimerler ve kolloidal parçacıklar gibi, DLVO teorisine tabi olması gereken moleküllerin, aynı yükleri taşıdıklarında bile bir çekim gücüne sahip oldukları belirlenmiştir.

Çalışmanın Detayları

Krishnan ve ekibinin yürüttüğü son araştırma, çözücülerin parçacıklar arasındaki etkileşimlerde beklenmedik ve kritik bir rol oynadığını, ayrıca yük simetrisinin bozulmasına yol açabildiğini ortaya koydu. Araştırma grubu, çözücünün, parçacıklar arası etkileşimlerin yoğunluğunu, çözeltinin pH değeriyle doğrudan ilişkili olduğunu da keşfetti.

Bilim insanları, parlak alan mikroskobunu kullanarak, inorganik silika, polimerik parçacıklar ve polielektrolit ile polipeptit kaplamalı yüzeyler gibi çeşitli katı parçacıkları inceledi. Sulu çözeltilerde negatif yüklü parçacıkların bir araya gelerek kümeler oluşturduğunu, buna karşın pozitif yüklü parçacıkların birbirini ittiğini gözlemlediler. Ancak, alkoller gibi ters dipole sahip çözücülerde, pozitif yüklü parçacıkların birbirini çektiği, negatif yüklü parçacıkların ise birbirini ittiği tespit edildi.

Krishnan şöyle diyor: “Araştırmamız, moleküller ve parçacıkların etkileşimlerini düzenlediğine inandığımız, okulda ve eğitim hayatımızın başlarında öğrendiğimiz temel prensiplerin, aslında büyük bir revizyondan geçmesi gerektiğini öne sürüyor. Bu çalışma, genellikle ‘ders kitabı kuralı’ olarak kabul ettiğimiz bir konseptin, yeniden değerlendirilmesi gerektiğini gözler önüne seriyor.”

Benzer yüklerin birbirine çekilme fenomeni, çözücünün parçacıklar arası etkileşimlere önemli derecede etki edebilmesi ve aynı yüklü parçacıkları çözelti içinde doğal olarak birleştirebilmesiyle ilişkilendirilir. Bu durum, arayüzdeki elektrik yüklerinin uyumlu hareketi ve yerel çözücü yapısının, çözeltideki negatif yüklü fonksiyonel gruplar arasında bir “elektrosolvasyon kuvveti” yaratmasıyla açıklanır, bu da parçacıkların birbirine çekilmesine ve kümelenmesine sebep olur.

Yazımın sonuna gelirken Bu çalışma bizlere, bilimin asla kesin olmadığının ve her yeni buluşun, daha önce bilinenleri sorgulamamıza ve bilgi sınırlarımızı genişletmemize olanak tanıdığının bir hatırlatıcısıdır. Bilim, sürekli bir keşif yolculuğudur ve her adımı, evrenin gizemlerini çözme çabamızda bizi daha da ileri götürür. Madhavi Krishnan ve ekibinin bulguları, bilimin en güzel yanının, her zaman daha fazlasını öğrenme ve anlama arzusuyla dolu olduğumuzu göstermesidir. Bilgiye olan bu sonsuz merak, insanlığın en büyük gücüdür ve bilim, bu merakın ışığında ilerlemeye devam edecektir... 🙂

KAYNAKÇA

1. https://www.nature.com/articles/s41565-024-01621-5

2. https://communities.springernature.com/posts/a-surprisingly-attractive-solution