Maddenin Hali: Bose-Einstein Yoğunlaşması
Tarih: 12.02.2021
Yazar: Süleyman Mansuroğlu
Ortalama Okuma Süresi: 4 dakika
Maddenin içinde bulunabileceği beş durum arasında, Bose-Einstein yoğunlaşması belki de en gizemli olanıdır. Gazlar, sıvılar, katılar ve plazmalar üzerinde uzun süredir çalışılırken, Bose-Einstein yoğuşmaları 1990’lara kadar laboratuvarda üretilememişti.
Bir Bose-Einstein yoğunlaşması, mutlak sıfır değerine kadar soğutulan atom grubudur. Bu sıcaklığa ulaştıklarına atomlar birbirlerine göre neredeyse hiç hareket etmezler. İşte bu noktada atomlar bir araya toplanmaya ve aynı enerji durumuna girmeye başlarlar. Fiziksel açıdan özdeş olurlar ve tüm atom grubu tek bir atommuş gibi davranmaya başlar.
Bir Bose-Einstein yoğunlaşması yapmak için dağınık bir gaz bulutuyla başlarsınız. Birçok deney rubidyum atomlarıyla başlar. Daha sonra enerjiyi atomlardan uzaklaştırmak için lazer ışınlarını kullanarak soğutursunuz. Bu işlemden sonra bilim insanları onları daha da soğutmak için buharlaştırmalı soğutma kullanıyorlar. Buffalo Üniversitesi’nde fizik profesörü olan Xuedong Hu, “Bir Bose-Einstein yoğunlaşmasına düzensiz, kinetik enerjinin potansiyel enerjiden daha büyük olduğu bir durumdan başlıyorsunuz fakat onu soğutunca katılar gibi bir örgü oluşturmaz” diyor. Bunun yerine, atomlar aynı kuantum hallerine düşer ve birbirinden ayırt edilemezler. Bu noktada atomalar, fotonlar gibi ayıramayacağınız parçacıklara uygulanan Bose-Einstein istatistiğine uymaya başlarlar.
TEORİ VE KEŞİF
Bose-Einstein Yoğunlaşması teorik olarak ilk defa Hintli fizikçi Satyendra Nath Bose (1894-1974) tarafından öngörüldü. Bose, kuantum mekaniğindeki istatistiksel problemler üzerinde çalışıyordu ve fikirlerini Albert Einstein’a gönderdi. Einstein bunların yayınlanması gerektiğini düşünüyordu. Daha da önemlisi Einstein, Bose’nin hesaplamalarının -daha sonradan Bose-Einstein istatistiği oalrak bilinir- atomlara olduğu kadar ışığa da uygulanabileceğini gördü.
İkisinin bulduğu şey, normalde atomların belirli enerjilere sahip olması gerektiğiydi Aslında kuantum mekaniğinin temellerinden biri, bir atomun veya diğer atom altı parçacığın enerjisinin nedensiz olamayacağıdır. Örneğin elektronların bulunmaları gereken ayrı “yörüngeleri” olması ve bir yörüngeden veya enerji seviyesinden diğerine düştüklerinde belirli dalga boylarına sahip fotonlar vermelerinin nedeni budur. Ancak atomları mutlak sıfır derecesinin milyarda biri kadar soğutunca, bazı atomlar aynı enerji seviyesine düşerek ayırt edilemez hale geliyor.
Bose-Einstein yoğunlaşmasındaki atomların “süper atomlar” gibi davranmasının nedeni budur. Nerede olduklarını ölçmeye çalışıldığında, ayrı ayrı atomları görmek yerine, bulanık bir top görür.
Maddenin diğer durumlarının tümü, adını fizikçi Wolfgang Pauli’den alan Pauli Dışlama İlkesi’ne uyar. Pauli (1900-1958) fermiyonların – maddeyi oluşturan parçacık türleri – aynı kuantum hallerinde olamayacağını söylüyor. Bu nedenle, iki elektron aynı yörüngede olduğunda, dönüşlerinin zıt olması gerekir, böylece toplamları sıfır olur. Bu da, kimyanın bu şekilde çalışmasının ve atomların aynı anda aynı alanda bulunmamasının bir nedenidir. Bose-Einstein yoğuşmaları bu kuralı çiğniyor.
Teori, maddenin bu tür durumlarının var olması gerektiğini söylese de Colorado’daki Astrofizik Enstitüsü’nden (JILA) Eric A. Cornell ve Carl E bir tane yapmayı başararak 2001 Nobel Fizik Ödülü’nü aldılar.
Temmuz 2018’de Uluslararası Uzay İstasyonunda yapılan bir deney, bir rubidyum atomu bulutunu mutlak sıfırın on milyonda birine kadar soğutarak uzayda bir Bose-Einstein yoğunlaşması üretti . Deney şu anda uzayda bildiğimiz en soğuk nesnenin rekorunu elinde tutuyor, ancak henüz insanlığın yarattığı en soğuk şey değil.
KAYNAKÇA & İLERİ OKUMA
Maddenin Hali: Bose-Einstein Yoğunlaşması Read More »
