Atomların molekülleri oluşturmak üzere nasıl birleştiğini anlamak için onları hareket halinde yakalamamız gerekir. Ancak bunu yapmak için, fizikçiler atomları, etkileşimlerinin kaydedilebilmesi için yeterince uzun süre durdurmalıdır.
Bu kolay bir iş değil, ancak yerine Otago Üniversitesi'nden fizikçiler geçti.
Şimdiye kadar, atomların çeşitli etkileşimlerinin inceliklerini anlamanın en iyi yolu, bir parçacık kümesi arasındaki ortalama değerlere dayanarak korelasyonları hesaplamaktı.
Atom teknolojisinin bu kitle kaynaklı versiyonu çok sayıda yararlı bilim sağlar, ancak diğerlerinin dağılmasına ve birleşmesine neden olan tek tek parçacıklar arasındaki çarpışma ve ezici çarpışmaların temel ayrıntılarını kavrayamaz.
Aynı alanda birkaç atom yakalamayı başarsanız bile, her çarpışma atomların deneyinizden çıkmasına neden olabilir.
Bu tür çarpışmaları analiz etmenin bir yolu, küçük bir cımbız eşdeğeri ile izole edilmiş atomları almak, onları sabit tutmak ve değişiklikleri geldikçe kaydetmektir.
Neyse ki, böyle bir çift cımbız var. Özel olarak hizalanmış polarize ışıktan yapılan bu lazer pense, küçük nesneler için optik tuzak görevi görebilir.
Nispeten kısa dalga boyları göz önüne alındığında, deneycinin tek bir atom kadar küçük bir şeyi yakalama şansı yüksektir. Elbette önce atomları yakalamalarını kolaylaştırmak için soğutmanız ve ardından boş alanda seçmeniz gerekiyor.
Mikkel Andersen (solda) ve Marvin Weiland fizik laboratuvarında.
Kulağa kolay geliyor. Ancak süreç, doğru teknolojiyi ve başarmak için çok fazla sabır gerektirir.
Fizikçi Mikkel F. Andersen, “Metodumuz, üç atomu ayrı ayrı yakalayıp, bir tost makinesi büyüklüğündeki bir hipervakum (vakum) odasında yüksek odaklanmış lazer ışınları kullanarak yaklaşık bir milyonda Kelvin'lik bir sıcaklığa soğutmayı içeriyor” diyor.
“Ölçtüğümüz kontrollü etkileşimler üretmek için atom içeren tuzakları yavaşça birleştiriyoruz.”
Bu durumda, tüm atomlar dirubidium molekülleri oluşturmak için bağlanan rubidyum çeşitleriydi, ancak sadece iki atom bunu başarmak için yeterli değil.
Fizikçi Marvin Weiland, “İki atom bir molekül oluşturamaz; kimya en az üç tane gerektirir” diyor.
Bunun nasıl olacağını modellemek gerçek bir meydan okumadır. Açıkçası, iki atom bir bağ oluşturacak kadar yaklaşmalı, üçüncüsü ise bu bağ enerjisinin bir kısmını alıp bağlı kalmalarını sağlayacak.
Bir molekül oluşturmak için sadece iki atomun nasıl buluştuğunun matematiğini çözmek zordur. Tüm eylemleri hesaba katmak bir kabus olabilir.
Teoride, üç cismin atomlar arasında rekombinasyonu onları tuzağı terk etmeye zorlamalı, bu da genellikle çoklu atomlar arasındaki etkileşimleri incelemeye çalışan fizikçiler için başka bir problem ekliyor.
Ekip, değişiklikleri gözlemlemek için özel bir kamera kullanarak rubidyum parçacıklarının birbirine yaklaştığı anı yakaladı ve kayıp oranının beklendiği kadar yüksek olmadığını gördü.
Aslında bu, moleküllerin mevcut modellerin açıklayabileceği kadar hızlı bir araya gelmediği anlamına da geliyor.
Atomları ve kuantum kısa menzilli etkileri sınırlamakla ilgili bir şey, bu yavaşlığı açıklamaya yardımcı olabilir, ancak bunun beklenmedik olduğu gerçeği, bu süreç boyunca birçok fiziğin keşfedilebileceği anlamına gelir.
“Geliştirme ile bu teknik, belirli kimyasalların tek tek moleküllerini yaratma ve kontrol etme yolu sağlayabilir.”
Daha ileri deneyler, atom gruplarının farklı koşullar altında buluşmak ve bağlanmak için birlikte nasıl çalıştığını daha iyi açıklamak için bu modellerin iyileştirilmesine yardımcı olacaktır.
Sürekli gelişen teknoloji dünyasında, mikroskobik devrelerin ve gelişmiş ilaçların her seferinde bir bileşik olmak üzere atom atom inşa edildiği süreçlere olan ihtiyacı hayal etmek zor değil.
Andersen, “Araştırmamız çok küçük bir ölçekte, yani atom ölçeğinde inşa etme yeteneğinin yolunu açmaya çalışıyor ve keşiflerimizin gelecekte teknolojik ilerlemeyi nasıl etkileyeceğini görmek beni heyecanlandırıyor” diyor.
Bu araştırma Physical Review Letters'da yayınlandı.
Kaynaklar: Fotoğraf: Otago Üniversitesi
