Princeton Üniversitesi Astrofiziksel Bilimler Bölümü, SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı ve ABD Enerji Bakanlığının (DOE) Princeton Plazma Fiziği Laboratuvarında (PPPL) çalışan araştırmacılar; kara delikler, süpernova patlamaları ve diğer olağanüstü kozmik olaylar bakımından önem taşıyan bir sürecin Dünya’da üretilip gözlenmesine yönelik umut vadeden bir yöntem öne sürmüşler. Kuantum elektrodinamik (QED) kademeli dizileri şeklinde adlandırılan bu süreç, Güneş’in üç günde çıkardığı enerjiyi milisaniyeler içinde çıkaran süpernovalara (patlayan yıldızlar) ve hızlı radyo patlamalarına yol açabiliyor.
Araştırmacılar, bir laboratuvar lazeriyle yoğun bir elektron ışınının çarpıştırılmasının yüksek yoğunluklu QED kademeli dizilerini meydana getirebildiğini ilk defa kuramsal şekilde göstermişler. Physical Review Letters bülteninde yayımlanan ve dönüm noktası niteliğindeki ispatı tarif eden makalenin baş yazarı Kenan Qu, “İmkansız şeklinde düşünülen bu şeyin aslında mümkün olduğunu gösterdik” diyor. “Bu durum ise karşılığında, daha önce gözlenmeyen toplu etkilerin mevcut son teknoloji lazer ve elektron ışını teknolojileriyle nasıl araştırılabileceğini akla getiriyor.”
İşlem, dolambaçsız bir şekilde gerçekleşiyor. Güçlü bir lazer darbesiyle yüksek enerjili bir elektron ışınının çarpıştırılması, boşluğu birbirleriyle etkileşime girmeye başlayan yüksek yoğunluklu elektron-pozitron çiftlerine bölüyor. Bu etkileşim, söz konusu çiftlerin elektriksel veya manyetik alanlara toplu tepki verme biçimini etkileyen toplu plazma etkileri meydana getiriyor.
Serbest elektronlar ve atom çekirdeklerinden oluşan sıcak ve yüklü bir madde hali olan plazma, görünür evrenin yüzde 99’unu meydana getiriyor. Plazma, Güneş’e ve yıldızlara güç sağlayan kaynaşma tepkimelerini besliyor. PPPL ve dünya çapında çalışan diğer bilim insanları ise bu işlemi Dünya’da geliştirmeye uğraşıyor. Elektromanyetik alanlar, evren boyunca gerçekleşen plazma süreçlerini kuvvetli biçimde etkiliyor.
Yeni makalede, kuramın bir araya getirerek QED kademeli dizileri oluşturduğu lazerin kuvveti ile elektron ışınının enerjisinin elektromanyetik gücüne odaklanılıyor. “Ölçülebilir toplu etkiler meydana getirecek kadar yoğunluğa sahip elektron-pozitron ikilileri oluşturan koşulları taklit etmeye ve söz konusu etkileri nasıl açık şekilde doğrulayacağımızı görmeye çalışıyoruz” diyor Qu.
Araştırmacıların görevi, bir QED süreciyle başarılı şekilde oluşturulan plazma imzasının ortaya çıkarılmasını gerektirmiş. Bilim insanları ise söz konusu imzayı, orta yoğunluktaki bir lazerin (lazerin bir elektron ışınına karşı gönderilmesi önerisiyle gerçekleşen) daha yüksek frekansa geçişinde bulmuş. “Söz konusu bulgu, QED plazma düzeninin en kolay şekilde oluşturulması ve en kolay şekilde gözlenmesine yönelik sorunları çözüyor” diyor Qu. “Geçişin miktarı, plazmanın ve çiftlerin enerji yoğunluğuna göre değişiyor.”
Daha önce öne sürülen kuramlar, yeteri kadar güçlü lazerlerin veya elektrik ya da manyetik alanların QED çiftleri meydana getirebileceğini göstermiş. Fakat gereken büyüklükler, mevcut laboratuvar kabiliyetlerinin ötesindeymiş.
Yazar: John Greenwald/ABD Enerji Bakanlığı Princeton Plazma Fiziği Laboratuvarı. Çeviren: Ozan Zaloğlu.
