Atomların birleşerek moleküllere nasıl dönüştüğünü anlamak için, onları faaliyet halindeyken yakalamamız gerekiyor. Fakat bunun için, fizikçilerin atomları bir süreliğine durmaya zorlaması ve atomların hareketini kaydetmesi gerekiyor. Her ne kadar kolay bir iş olmasa da, Otago Üniversitesi’nde çalışan bir fizikçi tam da bunu yapmış.
Şimdiye dek çeşitli atomların birbirleriyle etkileşimlerini daha iyi anlamak amacıyla yapılabilen en iyi şey, bir atom topluluğundaki ortalamalara dayalı ilişkileri hesaplamaktı. Bunun için de tüm atomlar, aynı kimliği paylaşacakları noktaya kadar yavaşlatılıyordu.
Atom biliminin kitle sermayeli bu türü, faydalı olan pek çok fikir sağlıyor. Fakat bazı atomların dağılmasına, bazılarınınsa birleşmesine yol açan ve ayrı parçacıklar arasında gerçekleşen çarpışmalarda önemli detaylar yakalanamıyor.
Bir yerde bir avuç atom yakalamayı başarsanız bile, her çarpışmada atomların deneyden fırlayıp gitme tehlikesi bulunuyor.
Bu gibi çarpışmaları analiz etmenin bir yolu da; cımbız benzeri bir şey ile soyutlanmış atomları yakalamak, onları sabit tutmak ve atomlar birbirleriyle karşılaştıkları zaman meydana gelen değişimleri kaydetmek.
Neyse ki, tam da böyle bir cımbız bulunuyor. Kutuplanmış ve özel olarak hizalanmış ışıktan yapılan, lazere dayalı bu maşalar; küçük nesneler için optik bir tutucu görevi görüyor.
Deney yapan biri, yeterince kısa ışık dalgaları gönderdiği zaman; bir atom kadar ufak şeyleri yakalayabiliyor. Elbette öncelikle, atomların daha kolay yakalanması için soğutulması ve sonra boş bir alana ayrılması gerekiyor.
Yöntemi bu şekilde tanımlamak, kulağa kolaymış gibi gelmesini sağlıyor. Fakat bu işlemin başarıya ulaşması için doğru teknolojiyle birlikte çok sabır gerekiyor.
Fizikçi Mikkel F. Andersen şöyle söylüyor: “Bizim yöntemimiz; yaklaşık bir ekmek kızartma makinesi boyutunda olan havasız bir odada, yüksek odaklı lazer ışınları kullanılarak üç atomun tekil biçimde hapsedilmesini ve bir Kelvin’in yaklaşık milyonda birine kadar soğutulmasını kapsıyor”
“Atomları barındıran tutucuları yavaşça birleştirip, kontrollü etkileşimler üretiyor ve bunları ölçüyoruz.”
Bu örnekteki atomların hepsi, bir araya gelip dirubidyum molekülleri oluşturan rubidyum çeşidine ait. Fakat bunun için iki atomdan fazlası gerekiyor.
“İki atom bir molekül oluşturamaz. Kimyasal işlemi gerçekleştirmek için en az üç atom gerekiyor” diyor fizikçi Marvin Weyland.
Esas zorluk, bu durumun meydana geliş biçimini modellemekte. İki atomun, bir bağ oluşturabilecek şekilde birbirine yaklaşması gerekirken; üçüncü bir atomun da bu bağ enerjisinin bir kısmını alarak, onları bağlı tutması gerekiyor.
Yalnızca iki atomun bir araya gelerek molekül oluşturmasının matematiğini çözmek yeterince zor. Daha fazla atomun faaliyetini hesaba katmak ise kâbus olabilir.
Atomlar arasındaki üç cisim rekombinasyonunun, kuramsal olarak onları hapsoldukları yerden çıkarması ve birden fazla atomun etkileşimi üzerinde çalışan fizikçiler için bir sorun daha yaratması gerekir.
Meydana gelen değişimleri daha yakından görmek için özel bir kamera kullanan bu araştırma takımı, rubidyum parçacıklarının yakınlaşma anını kaydetmiş ve oluşan kayıp oranının, hiç de beklendiği kadar fazla olmadığını ortaya çıkarmış.
Aslında bu durum; moleküllerin, mevcut modellerin açıklayabildiği kadar çabuk şekilde bir araya gelmediği anlamına da geliyormuş.
Atomların hapsedilmesi ve kısa menzilli kuantum etkileriyle ilgili bir şey, bu yavaşlığın açıklanmasına yardımcı olabilir. Fakat durumun beklenmedik olması, bu sürecin kullanılmasıyla bir sürü şeyin keşfedilebilecek olması demek.
“Bizim çalışmamız, bu temel süreç üzerinde, soyutlanmış şekilde yapılan ilk araştırma. Üstelik, daha önce geniş atom kümeleriyle yapılan ölçümlerde umulmamış olan sonuçlar ortaya çıktı” diyor Weyland.
“Bu yöntem, yapılacak geliştirmelerle beraber, belli kimyasal özelliklerde tekil moleküllerin oluşturulmasını ve kontrol edilmesini sağlayabilir.”
Gelecekte yapılacak deneyler, bu modellerin daha iyi hale getirilmesine yardımcı olarak; atom gruplarının çeşitli koşullar altında nasıl bir araya gelip ve bağ kurduğunun daha iyi açıklanmasını sağlayabilir.
Sürekli küçülen teknoloji dünyasında, mikroskobik yongaların ve gelişmiş ilaçların atomların birleştirilmesiyle yapıldığı süreçlere ihtiyaç duyulduğunu hayal etmek zor değil.
“Bizim araştırmamız, mümkün olan en küçük ölçekte; yani atomik ölçekte bir şeyler inşa edebilmenin yolunu açıyor. Yaptığımız keşiflerin, gelecekteki teknolojik ilerlemeleri nasıl etkileyeceğini görmek için heyecanlanıyorum” diyor Andersen.
Araştırma, Physical Review Letters bülteninde yayınlandı.
Yazar: Mike Mcrae/ScienceAlert. Çeviri: Ozan Zaloğlu.