Gittikçe daha kısa zaman dilimlerinin ölçüldüğü küresel yarışta, Frankfurt Goethe Üniversitesi’nde çalışan fizikçiler öne geçmiş: Hamburg’taki hızlandırma tesisi DESY ve Berlin’deki Fritz-Haber-Enstitüsü’ndeki meslektaşlarıyla beraber çalışan araştırmacılar, zeptosaniye aleminde yer alan bir süreci; ışığın bir molekülde yayılışını ilk defa ölçmüşler.
Mısırlı kimyacı Ahmet Zevail, 1999 yılında moleküllerin şekillerini değiştirme hızını ölçtüğü için Nobel ödülü kazanmıştı. Ultra kısa şekilde yanıp sönen lazer ışıkları kullanarak, femtokimyanın temelini atmıştı. Femtokimya, kimyasal bağların femtosaniye zaman ölçeğindeki oluşumlarını ve kopuşlarını kapsıyor. Bir femtosaniye, 0.000000000000001 saniye veya 10-15 saniye.
Şimdiyse Goethe Üniversitesi’nde Profesör Reinhard Dörner’in takımındaki atom fizikçiler, femtosaniyeden kat kat kısa olan bir süreç üzerinde ilk defa çalışmışlar. Bir fotonun, bir hidrojen molekülünü ne kadar sürede geçtiğini ölçmüşler ve molekülün ortalama bağ uzunluğunu yaklaşık 247 zeptosaniyede geçtiğini bulmuşlar. Bu süre, şimdiye kadar başarıyla ölçülen en kısa zaman dilimi. Bir zeptosaniye, saniyenin milyarda birinin trilyonda biri (10-21 saniye).
Bilim insanları bu zaman ölçümünü, Hamburg’ta yer alan hızlandırma tesisi DESY’deki X-ışını lazeri kaynağı PETRA III’ten gelen X-ışınları yardımıyla ışınladıkları bir hidrojen molekülü üzerinde gerçekleştirmişler. Araştırmacılar X-ışınlarının enerjisini ayarlayarak, hidrojen molekülünün her iki elektronunu da bir fotonla çıkarabilmeyi sağlamışlar.
Elektronlar aynı anda hem parçacık, hem de dalga şeklinde davranıyor. Bu sebeple ilk elektronun çıkarılması, önce ilk hidrojen molekülünde ve daha sonra da hızlı bir şekilde ikinci molekülde elektron dalgalarının yayılıp, bu dalgaların birleşmesiyle sonuçlanmış.
Fotonlar, su yüzeyinde iki defa seken düz bir çakıl taşı gibi davranmış: Bir dalga çukuru, bir dalga yükseltisiyle karşılaştığında, birinci ve ikinci dalgalar temas edip birbirini etkisiz hale getiriyor ve dalga girişimi adı verilen bir durum ortaya çıkıyor.
Bilim insanları, çıkarılan ilk elektronun dalga girişimini COLTRIMS tepkime mikroskobuyla ölçmüş. Dörner’in geliştirilmesine yardım ettiği bu cihaz, atom ve moleküllerdeki ultra hızlı süreçleri görünür kılıyor. COLTRIMS tepkime mikroskobu, bu dalga girişimiyle eş zamanlı şekilde hidrojen molekülünün yönünün belirlenmesine de olanak sağlamış. Araştırmacılar burada, ikinci elektronun da hidrojen molekülünü terk etmesinden yararlanmışlar ve bu sayede geriye kalan hidrojen çekirdeği parçalanıp tespit edilmiş.
Yazdığı doktora tezi, Science bülteninde yayımlanan makalenin temelini oluşturan Sven Grundmann şöyle açıklıyor: “Hidrojen molekülünün alansal yönelimini bildiğimizden, bu iki elektron dalgasının girişimini kullandık ve fotonun önce birinci hidrojen atomuna, ardından ise ikinci hidrojen atomuna ne zaman ulaştığını hassas biçimde hesapladık. Geçen sürenin ise 247 zeptosaniyeye kadar olduğunu ve bunun da moleküldeki iki atomun, ışığın perspektifinden birbirlerine göre olan uzaklığına bağlı olduğunu bulduk.”
Profesör Reinhard Dörner şöyle ekliyor: “Bir moleküldeki elektron kabuğunun, ışığa her zaman aynı sürede tepki vermediğini ilk defa gözlemledik. Gecikmenin sebebi, molekülün içerisindeki bilginin yalnızca ışık hızında yayılması. Bu bulguyla birlikte, COLTRIMS teknolojimizi başka bir uygulama alanına kadar genişlettik.”
Frankfurt Goethe Üniversitesi Basın Bülteni. Çeviren: Ozan Zaloğlu.
