Fizikçiler Sonunda Işık ve Maddeden Oluşan Teorik Molekülleri Ölçtüler

Fizikçiler, bir tür gevşek bağlı molekülde, atomlar arasındaki bağlayıcı madde olarak hareket eden ışığı yakaladılar.

Innsbruck Üniversitesi'nden fizikçi Matthias Sonnleitner, "Birkaç atomu kontrollü bir şekilde birlikte polarize etmeyi ve aralarında ölçülebilir bir çekim kuvveti yaratmayı ilk kez başardık" diyor.

Atomlar, moleküller oluşturmak için çeşitli şekillerde bağlanır ve hepsi bir tür 'süper yapıştırıcı' olarak yük alışverişi yapar.

Bazıları, sürekli soluduğumuz iki birleşik oksijen atomunun en basit gazları gibi, uzayda yüzen karmaşık hidrokarbonlarla nispeten güçlü bağlar oluşturarak negatif yüklü elektronlarını paylaşır. Bazı atomlar, toplam yüklerindeki farklılıklar nedeniyle birbirlerini çeker.

Elektromanyetik alanlar, atom etrafındaki yüklerin düzenini değiştirebilir. Işık hızla değişen bir elektromanyetik alan olduğundan, uygun şekilde yönlendirilmiş bir foton yağmuru, elektronları -teorik olarak- bağ kurduklarını görebilecek pozisyonlara itebilir.

Viyana Teknik Üniversitesi'nden (TU Wien) fizikçi Philipp Haslinger, "Şimdi harici bir elektrik alanı açarsanız, bu yük dağılımı biraz değişir" diye açıklıyor.

Haslinger, TU Wien atom fizikçisi Mira Maiwöger ve meslektaşları, ışığın atomları aynı şekilde polarize edebildiğini göstermek için ultra soğuk rubidyum atomları kullandılar, bu da aksi takdirde nötr olacak atomları biraz yapışkan hale getirdi.

Maiwöger, "Bu çok zayıf bir çekici güç, bu yüzden deneyde ölçümler alabilmek için çok dikkatli bir şekilde yürütmelisiniz" diyor.

"Atomlar çok fazla enerjiye sahipse ve hızlı hareket ediyorsa, çekici kuvvet hemen ortadan kalkar. Bu nedenle bir ultrasoğuk atom bulutu kullanıldı."

Ekip, altın kaplı bir çipin altında yaklaşık 5.000 atomluk bir bulutu manyetik bir alan kullanarak tek bir düzlemde hapsetti.

Burası atomları mutlak sıfıra (−273 °C veya -460 °F) yaklaşan sıcaklıklara kadar soğuttukları ve yarı yoğuşma oluşturdukları yerdir – böylece rubidyum parçacıkları topluca hareket etmeye ve maddenin beşinci durumundaymış gibi özellikleri paylaşmaya başlarlar.

Bir lazerle vurulan atomlar çeşitli kuvvetlere maruz kaldı. Örneğin, fotonlardan gelen radyasyon basıncı onları ışık demeti boyunca itebilir. Bu arada elektronlardaki tepkiler atomu ışının en yoğun kısmına doğru geri çekebilir.

Bu elektromanyetizma selinde atomlar arasında ortaya çıktığı düşünülen ince çekimi tespit etmek için araştırmacıların bazı dikkatli hesaplamalar yapmaları gerekiyordu.

Manyetik alanı kapattıklarında, atomlar lazer ışık alanına ulaşmadan önce yaklaşık 44 milisaniye serbest düştü ve burada ışık levha floresan mikroskobu kullanılarak da görüntülendi.

Düşüş sırasında bulut doğal olarak genişledi, böylece araştırmacılar farklı yoğunluklarda ölçümler yapabildiler.

Yüksek yoğunluklarda, Maiwöger ve meslektaşları, aldıkları gözlemsel görüntülerde atomların yüzde 18'e kadarının eksik olduğunu buldular. Bu eksikliğin, rubidyum atomlarını bulutlarından dışarı atan ışık destekli çarpışmalardan kaynaklandığına inanıyorlar.

Hangi tür ışığın kullanıldığına bağlı olarak, atomlar ya daha fazla ışık yoğunluğu tarafından çekildi ya da itildi. Böylece ya daha düşük ışık bölgesine ya da daha yüksek ışık bölgesine doğru çekildiler fakat her durumda birlikte birikmeye başladılar.

Maiwöger ve meslektaşları makalelerinde "Her zamanki radyasyon kuvvetleri ile [ışıkla tetiklenen] etkileşim arasındaki temel fark, ikincisinin saçılan ışığın aracılık ettiği etkili bir parçacık-parçacık etkileşimi olmasıdır."

Atomları toplayan bu kuvvet, aşina olduğumuz moleküler kuvvetlerden çok daha zayıf olsa da, büyük ölçeklerde kullanılabilir. Bu, emisyon modellerini ve rezonans çizgilerini değiştirebilir ve bu sayede gökbilimcilere faydalı olabilir.

Moleküllerin uzayda nasıl oluştuğunu açıklamaya da yardımcı olabilir.

Haslinger, "Uzayın genişliğinde küçük kuvvetler önemli bir rol oynayabilir" diyor.

Bu araştırma Physical Review X'te yayınlandı.