İmkansızı başardı! Bu sıra dışı fotoğrafı gören gözlerine inanamadı Sözcü Gazetesi

Sekiz yıl önce İngiltere’deki Mühendislik ve Fizik Bilimleri Araştırma Konseyi (EPSRC) tarafından düzenlenen bir bilim fotoğrafçılığı yarışmasında birincilik ödülünü kazanan çarpıcı bir kare, bilim dünyasında büyük heyecan yarattı. 

Oxford Üniversitesi’nden fizikçi David Nadlinger’ın 7 Ağustos 2017’de çektiği fotoğrafta tek bir stronsiyum atomu, özel bir düzenek aracılığıyla görüntülenebildi. 

Atomların çapı sadece birkaç on nanometre (bir nanometre, bir metrenin milyarda biridir) olduğu için tek tek incelenmeleri uzun yıllar boyunca imkânsız olarak kabul edilmişti.

Nadlinger’ın elde ettiği bu başarı, atomları yakalamak ve incelemek amacıyla kullanılan elektromanyetik alanlarla soğutma tekniklerinin bir sonucu olarak gerçekleşti. 

Deney sürecinde önce lazer yardımıyla stronsiyum atomu son derece düşük sıcaklıklara indirildi; ardından manyetik alanlarla sabit tutulan atom, iyon ışınıyla aydınlatılarak görünür hâle getirildi.

Fotoğrafta, iki elektrot arasındaki boşlukta asılı duran küçük parlak mavi nokta, atomu temsil ediyor. Orijinal kare siyah beyaz çekilmiş, sonrasında stronsiyum atomunun görünürlüğünü artırmak için renklendirilmişti. Burada görünen mavi ışık, aslında çekirdek etrafında hızla hareket eden elektronların yaydığı floresan parıltıyı resmediyor; elektronlar atomun gerçek görüntüsünü yansıtacak şekilde lazerle etkileşime giriyor, çekirdeğin kendisi doğrudan görülmüyor.

Nadlinger’ın neden stronsiyum elementini seçtiği birkaç önemli avantaja dayanıyor. Öncelikle, doğada nispeten yaygın bulunan bu element, kuantum fiziği deneyleri için pratik bir seçenek sunuyor. Ayrıca stronsiyum, tek atomlu tuzaklama (ion trapping) deneylerinde soğutma süreçlerine özellikle uygun bir element.

Soğutma; atomların kinetik enerjisini düşürerek bulundukları yerde sabit kalmalarını sağlıyor. Son olarak, stronsiyumun birden fazla izotopa sahip olması, her bir izotopun kuantum özelliklerinin karşılaştırmalı biçimde incelenmesine olanak tanıyor.

Tek bir atomun fotoğraflanması, kuantum fiziği ve atomik araştırmaların geleceği açısından dönüm noktası sayıldı. Bu başarı, atomları bireysel olarak manipüle edebilme ve incelenme yetisinin mümkün olduğunu ispatlamış oldu. Böylelikle, kuantum hesaplama gibi temel bilimsel ve teknolojik alanlarda önemli atılımların önü açıldı. EPSRC’nin bilim fotoğrafçılığı ödülünü de kazanan bu kare, kuantum dünyasının “yüzü” olarak nitelendirildi ve hem uzmanlar hem de geniş kitleler nezdinde kuantum fiziğine olan ilgiyi büyük ölçüde artırdı.

O günden bu yana, tek bir atomun kontrolü ve manipülasyonu üzerine yapılan deneyler iyice hassaslaştı. Araştırmacılar, atomik tuzaklama teknikleriyle bireysel elektronların davranışlarını detaylı şekilde gözlemleyebiliyor, kuantum bilgisayarlar için kritik nitelikteki malzemelerin ve yöntemlerin geliştirilmesine hız kazandırıyor. Nadlinger’ın yayımladığı stronsiyum atomu görüntüsü, atomun görselleştirilmesinin ötesinde, insanlığın evrenin en küçük yapı taşlarını anlamak için attığı dev adımlardan biri olarak değer kazandı.