Bilim insanları, moleküllerin dönme hareketlerini incelemek için uzun süredir kullanılan optik santrifüj tekniğini bu kez çok daha zorlu bir ortama uyarladı. Yapılan bu yeni çalışma ile, süperakışkan helyumda moleküller lazerle döndürüldü diyebiliriz. Bu başarı, süperakışkanların atomik ölçekte nasıl davrandığını doğrudan gözlemleyebilmenin önünü açıyor. Başka bir haber derlememiz “Süperakışkan Helyumda Moleküller Nasıl Döndürüldü?” sorusuna da cevap arıyor.
Moleküller Lazerle Nasıl Döndürülüyor?
Belirli moleküller, elektrik alanına farklı yönlerde farklı tepkiler verir. Lineer olarak polarize edilmiş bir lazer ışını bu tür molekülleri kendi doğrultusuna hizalayabilir. Eğer lazer ışığının polarizasyon yönü zamanla döndürülürse, molekül de bu dönüşü takip eder ve dönmeye başlar.
Bu prensibe dayanan optik santrifüj tekniği, yaklaşık 25 yıldır gaz fazındaki moleküllerin kuantum özelliklerini ve dönme dinamiklerini incelemede kullanılmaktadır.
Süperakışkan Helyum Neden Bir Engel Oluşturuyor?
Süperakışkan helyum, çok düşük sıcaklıklarda ortaya çıkan ve sürtünmesiz akış gibi sıra dışı özellikler sergileyen bir kuantum sıvısıdır. Bir molekül bu ortamın içine yerleştirildiğinde, çevresindeki helyum atomları molekülle birlikte hareket eder.
Bu durum, molekülün etkin atalet momentini artırır; yani molekül adeta daha “ağır” hale gelir. Geleneksel optik santrifüjlerde lazerin dönüş hızı çok hızlı olduğu için, süperakışkan içindeki molekül bu harekete ayak uyduramaz ve dönemez.
Daha Yavaş Ama Daha Etkili Bir Optik Santrifüj
Kanada’daki British Columbia Üniversitesi’nden Ian MacPhail-Bartley ve çalışma arkadaşları, bu sorunu aşmak için lazer düzenini değiştirdi. Araştırmacılar, zıt yönlerde dairesel polarizasyona sahip iki lazer darbesini kullandı ancak bu darbeler arasına kısa bir zaman gecikmesi ekledi.
Bu sayede oluşan lazer alanı, önceki sistemlere kıyasla çok daha düşük ve sabit bir dönüş hızına sahip oldu. Sonuç olarak lazer, süperakışkan helyum içindeki molekülü “kavrayabildi” ve dönme hareketini başlatabildi.
Deneysel Gösterim Nasıl Yapıldı?
Ekip, süperakışkan helyumdan oluşan nanometre ölçekli damlacıkları nitrik oksit dimerleri ile katkıladı. Moleküller lazerle belirli dönme frekanslarına çıkarıldı.
Dönme hareketi, moleküllerin iyonlaştırılmasının ardından parçalanan nitrik oksit iyonlarının uzayda izlediği yollar kaydedilerek ölçüldü. Bu ölçümler, moleküllerin gerçekten de istenen hızlarda döndürüldüğünü açık biçimde ortaya koydu.
Süperakışkanlıkta Bu Başarı Neden Önemli?
Bu çalışma, süperakışkan bir ortamda moleküler dönmenin ilk kez hassas ve kontrollü biçimde gerçekleştirildiğini gösteriyor. Böylece süperakışkanların, moleküler hareketlere nasıl tepki verdiği doğrudan incelenebilecek.
Uzmanlara göre bu yöntem; süperakışkanlık, kuantum sürtünme ve atomik ölçekte akış dinamikleri gibi temel fizik sorularının yanıtlanmasında önemli bir araç haline gelebilir. Çalışma, düşük sıcaklık fiziği ve kuantum sistemlerin anlaşılması açısından önemli bir dönüm noktası olarak değerlendiriliyor.
Kaynakça:
- physics.aps.org/articles/v19/s5
- I. MacPhail-Bartley et al., “Control of molecular rotation in helium nanodroplets with an optical centrifuge,” Phys. Rev. Lett. 136, 033002 (2026).
Haberi Derleyen: Hasan Ongan
