Bir attosaniye, saniyenin sadece kentilyonda biri kadar sürüyor.
Elektron mikroskobisi neredeyse bir asırdır var ancak modern sürümler, fizikçilerin görmeyi onlarca yıldır beklediği şeye yeni ulaşıyor: Geçirimli bir elektron mikroskobu, elektronları ilk defa bileşenlerini görebileceğimiz netlikte yakalıyor. Araştırmacılar “attomikroskobi” adını verdikleri yepyeni bir optik bilim alanının kapısını araladıklarını ve bunun kuantum fiziği, biyoloji ve kimya dünyasını etkileyeceğini düşünüyor.
Arizona Üniversitesinde çalışan uzmanların öncülük ettiği bir araştırma takımından gelen bu yeni buluş, geçtiğimiz hafta Science Advances bülteninde yayımlanan yeni bir çalışmada detaylarıyla anlatılıyor. Arizona Üniversitesinde çalışan yardımcı fizik ve optik bilimleri profesörü Muhammed Hasan, geçirimli elektron mikroskoplarını bir akıllı telefonun kamerasına benzetiyor.
Üniversiteden yayımlanan bir açıklamada, “Bir akıllı telefonun son modelinde daha iyi bir kamera vardır” diyor Hasan. “Bu mikroskopla beraber, bilimsel camianın bir elektronun davranış ve hareket şeklinin ardındaki kuantum fiziğini anlayabilmesini umuyoruz.”
Orijinal elektron mikroskobu 1930’ların başlarında çıksa da (ilk mikroskobu kimin icat ettiğine dair tartışma hâlâ devam ediyor), bilim insanları 2000’lerden beri geçirimli elektron mikroskopları olarak bilinen cihazlara bel bağlıyordu. Bu cihazlarda cisimler, ışık mikroskoplarının yapabileceklerinin çok ötesinde, boyutlarının milyonlarca katına kadar büyütülüyor. Bunun sebebi, bir hedefe ateşlenen elektron lazer ışını darbelerine dayanıyor olmaları. Sonrasında ise son derece hassas kamera sensörleri ve lensler, bu atomik parçacıkları numuneden geçerken görüntülüyor. Bu görüntüler arasında cisimde gözlemlenen değişimlere, bir mikroskobun zamansal çözünürlüğü adı veriliyor. Araştırmacılar bu çözünürlüğü artırmak için lazer darbelerini attosaniyelere kadar hızlandırmış. Darbeler, bir saniyenin sadece birkaç kentilyonda biri kadar sürüyor.
Fakat burada bile sorun, “attosaniyelerin” çoğul olması. Fizikçiler tek bir elektronu bulunduğu yerde yakalamayı ve akıl almaz derecede hızlı atom altı tepkime ve etkileşimlerini detaylı şekilde görmeyi istiyorsalar, tek bir attosaniye darbe ateşleyebilen geçirimli bir elektron mikroskobuna ihtiyaçları vardı. Araştırmacılar bunu gerçeğe dönüştürmek için yine attosaniyelerle ölçülen ilk ekstrem morötesi radyasyon darbesini oluşturan ve 2023 yılında Nobel Fizik Ödülü’nü kazanan bilim insanlarının öncülük ettiği çalışmalara yönelmiş. Bu temel ile birlikte araştırma takımı, nihayet o attosaniye ölçütüne ulaşmış.
Araştırmacılar bunu yaparken, gönderdiği lazeri tek bir elektron darbesine ve ultra kısa iki ışık darbesine ayıran yeni bir mikroskop geliştirmişler. Bir pompa darbesi olarak adlandırılan ilk ışık darbesi, bir numunenin elektronlarına enerji veriyor. Ardından ise optik bir kapılama darbesi olarak bilinen darbe başlıyor ve sonrasında mikroskoptan bir attosaniyelik elektron darbesinin sonsuz küçük bir zaman aralığında yayılmasına olanak sağlıyor. Bu iki ultra kısa ışık darbesi uygun biçimde eş güdümlendiğinde, operatörler elektron darbelerini zamanlayıp atomik olayların attosaniye seviyesindeki bir zamansal çözünürlükte yakalanmasına yardımcı oluyor.
“Elektron mikroskoplarının içerisindeki zamansal çözünürlüğün geliştirilmesi uzun süredir beklenen ve pek çok araştırma grubunun odağında olan bir şeydi” diyor Hasan. “İlk defa elektron parçalarını hareket halindeyken görebiliyoruz.”
Çalışmanın özet kısmına göre attosaniye mikroskobu fizikçilerin, optik bilimcilerin ve diğer uzmanların elektron hareketini eşi görülmemiş detaylarla incelemesine ve “bunu maddenin gerçek zamanlı yapısal dinamiklerine ve fiziki alanlara doğrudan bağlamalarına” olanak sağlayacak. Araştırmacılar böylelikle “kuantum fiziği, kimya ve biyolojideki fiili attosaniye bilimi uygulamalarının” yolunun açılacağını umuyor.
Yazar: Andrew Paul/Popular Science. Çeviren: Ozan Zaloğlu.
