Dünyadaki en soğuk maddeler
Antarktika'da değil.
Everest Dağı'nın tepesinde
ya da bir buz dağında gömülü de değil.
Onlar fizik laboratuvarlarında:
Litrelerce gaz mutlak sıfırın sadece
birkaç derece üstünde tutuluyor.
Bu buzdolabınızdan 395 milyon kat,
sıvı nitrojenden 100 milyon kat
ve uzay boşluğundan
4 milyon kat daha soğuk.
Bu denli soğuk dereceler
bilim insanlarına maddenin
iç yapısına bir göz atma şansı
ve mühendislere de gezegende
tam olarak bulunduğumuz yerden
uzay derinliklerinde neler olduğuna kadar
her şey hakkında bilgi veren
hassas aletler yapma olanağı sunuyor.
Peki bu kadar düşük sıcaklıklara
nasıl ulaşıyoruz?
Kısaca, hareketli
parçacıkları yavaşlatarak.
Sıcaklık hakkında konuştuğumuzda
aslında hareket hakkında konuşuyoruz.
Katı, sıvı
ve gazları oluşturan
atomlar hareket hâlindedir.
Atomlar hızlandığında maddeyi
sıcak olarak algılarız.
Yavaş hareket ettiklerinde ise
soğuk olarak algılarız.
Günlük hayatta sıcak bir maddeyi
ya da gazı soğutmak için
onu soğuk bir ortama koyarız;
mesela bir buzdolabına.
Böylece sıcak objedeki atomik hareketin
bir kısmı çevreye dağılır
ve sıcak olan madde soğur.
Ama bunun bir sınırı var:
Dış uzay bile maddeleri çok
soğutmak için fazla sıcak.
Bu yüzden bilim insanları
atomları doğrudan
yavaşlatmak için bir
yöntem geliştirdi: Lazer ışını.
Genelde lazer ışının
enerjisi nesneleri ısıtır.
Fakat özel bir şekilde
kullanılarak ışının momentumu
hareketli atomları yavaşlatıp soğutur.
''Manyetik-optik tuzak''ın
içinde olanlar bundan ibaret.
Atomlar bir vakum odasına yerleştirilir
ve bir manyetik alan
onları merkeze doğru çeker.
Odanın merkezine tam doğru frekansa
ayarlanmış bir lazer ışını
tutulur ve merkeze
yaklaşan bir atom lazer ışınının
bir fotonunu yakalayıp yavaşlar.
Bu yavaşlama etkisi
atom ve foton arasındaki
momentum alışverişinden kaynaklanır.
Birbirine dik yerleştirilmiş altı ışın
her yönden gelen atomun
bu olaydan etkilenmesini sağlar.
Merkezde, ışınların
kesiştiği yerde, atomlar
yoğun bir sıvıda takılmış gibi
ağır ağır hareket eder—
bu etkiyi keşfeden insanlarının
deyimiyle ''optik melas''.
Böyle bir manyetik-optik tuzak, atomları
birkaç mikrokelvine kadar soğutabilir,
yaklaşık -273 Santigrat derece.
Bu yöntem 1980'lerde geliştirilmiş
ve bu yöntemin keşfedilmesini
sağlayan bilim insanları
1997'de Nobel Fizik Ödülü'ne
layık görülmüştür.
O zamandan beri lazer soğutma işlemi
daha düşük sıcaklıklara
inebilecek kadar gelişmiştir.
Peki neden atomları
bu kadar soğutmak isteyesiniz?
Öncelikle soğuk atomlar
iyi birer dedektördür.
Küçük enerjileriyle, değişen çevre
koşullarına fazlasıyla duyarlıdırlar.
Bu yüzden yeraltı petrol ve
mineral kaynaklarını arayan makinelerde
ve GPS uydularında bulunan
yüksek doğruluk oranına sahip
atomik saatlerde kullanılırlar.
Ayrıca soğuk atomlar fiziğin sınırlarını
derinlemesine araştırmak için
yüksek bir potansiyele sahip.
Aşırı hassas olduklarından gelecekte
yer çekimsel dalgaları algılayan
uzay dedektörlerinde kullanılabilirler.
Ayrıca çok küçük atomik enerji
değişimlerini ölçmeyi gerektiren
atom ve atom-altı parçacık bilimi
çalışmalarında da kullanılırlar.
Atomlar yüzlerce m/sn
hızla ilerlediklerinde
bunlar normal sıcaklıklarda bastırılır.
Lazer soğutma ile atomlar sadece birkaç
cm/sn hızına kadar yavaşlatılabilir—
kuantum etkilerinin sebep olduğu hareket
gözle görülür hâle gelir.
Aşırı soğuk atomlar şimdiden
Bose-Einstein yoğunlaşması gibi
olguları araştırmayı kolaylaştırdı.
Bu deneyde atomlar neredeyse
mutlak sıfıra kadar soğutulur
ve maddenin nadir,
yeni bir hâlini oluşturur.
Sonuç olarak bilim insanları
hâlâ fizik yasalarını anlama
ve evrenin sırlarını açığa çıkarma
çabaları devam ederken
içlerindeki bu "buz gibi soğuk"
atomlardan yardım alıyorlar.