Dünyadaki en yavaş şey nedir?
Bu soruya Austin Powers filmlerinde kötü karakter olan Dr. Evil’ ın sözleriyle cevap verecek olursak “Lazerler.”
Toplumumuzda lazer deyince kediler akla gelse de aslında Lazer Uyarılmış ışımalarla şiddeti artırılmış aynı fazlı, aynı yönlü ve eşit frekanslı ışık partikülleridir. Lazer ışığı, bilinen ışıktan farklı olarak etrafa dağılmadan isabetli bir şekilde hedefe odaklanabilmektedir. İşte bu yüzden onları belirli bir noktaya odaklayarak kesme, yakma, kaynak yapma veya Dr. Evil söz konusu olduğunda köpekbalığının tepesinden düşmanları vurmak için harika bir araç haline getirilebilir. Bu faaliyetlerin tümü ısı üretir veya gerektirir. Lazer ışınları, saniyede 300.000 kilometre yani saatte 670 milyon milden fazla yol alarak onları evrendeki en hızlı şey yapar.
Öyleyse bir lazer dünyadaki en yavaş şeyi nasıl üretir?
İlk olarak, bir nesnenin sıcaklığı ile hızı arasındaki ilişkiyi anlamak önemlidir. Bir şey ne kadar sıcaksa, o kadar fazla enerjisi vardır ve o kadar hızlı hareket eder. Tamamen hareketsiz görünen kalem veya defteriniz bile aslında hareketsiz değildir. Mikroskobik düzeyde, oluştukları parçacıklar hızla hareket ediyorlar. Bu yaşayan varlıklar içinde geçerlidir.
Tembel hayvanı örnek olarak kullanalım. Bu meşhur yavaş hayvanın vücudunu oluşturan molekülleri yakınlaştırırsanız, onların bir evin içinde zıplayan çocuklar gibi davrandıklarını göreceksiniz. Peki Neden? Çünkü bu hayvanın vücudunun% 70’i sudan oluşur . bu su molekülleri de etrafta zıplayarak saatte yüzlerce mil hareket ederler.
Atomların ve moleküllerin soğuk ortamlarda nasıl davrandıklarıyla ilgilenen bir fizikçi laboratuvar deneylerinde bir şeyleri soğutmak için parlak, yoğun lazerler kullanır. Kuantum mekaniğinin hüküm sürdüğü garip bir dünyada, parçacıklar bazen okyanustaki dalgalar gibi davranırlar ve ister inanın ister inanmayın, bazen aynı anda iki farklı yerde olabilirler.
Bu olağanüstü davranışı incelemek için, Bose-Einstein yoğunlaşmaları olarak adlandırılan, Dünya üzerindeki en soğuk şeyler olan soğuk atom bulutlarını üretmek için lazer kullanılır . Bir grup atomu neredeyse mutlak sıfıra, mümkün olan en soğuk sıcaklığa kadar soğuttuğunuzda, atomlar kuantum mekaniğine uymaya ve şaşırtıcı şekillerde davranmaya başlar.
Ultra soğuk atom bulutlarını incelemek, süper iletkenler gibi diğer tuhaf malzemelerin nasıl çalıştığına dair ipuçları sağlayabilir . Süperiletkenler, elektriği mevcut malzemelerden çok daha iyi taşırlar, öyle ki bir gün süper hızlı trenler inşa etmek için kullanılabilirler.
Peki lazerler bir atom bulutunu tam olarak nasıl soğutur? Laboratuvarda, lazerleri iterbiyum adı verilen gümüşi beyaz bir metalin atomlarını lazer ışınına maruz bırakarak başlıyoruz. Gerçekten çok sıcak olan bu atomlar 1 fit genişliğindeki bir odanın içinde tutulur. Ancak lazer ışınının altında birkaç saniye geçtikten sonra soğurlar, yavaşlarlar ve odanın ortasında sıkışıp kalırlar.
Bu nasıl olur?
Bir lazer de dahil olmak üzere tüm ışık, sürekli hareket eden enerji paketleri olan fotonlardan oluşur. Odamızı bir lazerle parlattığımızda, atomlar ışındaki foton akışlarıyla çarpışır ve yavaşlar ve soğur – tıpkı güçlü bir rüzgara karşı gerçekten hızlı koşmaya çalışan birine olduğu gibi…
Bu küçük çarpışmalar, atom bulutunun sıcaklığını, mutlak sıfırın üzerinde bir derecenin sadece birkaç milyonda birine düşürür. Bu sıfırın altında 459 Fahrenheit yani -272.7778℃ dir. Ancak bu, bu buluta dünyadaki en yavaş şey olma ödülünü vermek için hala yeterli değil. Biraz daha soğuk hale getirmek için son bir adım atıyoruz, fizikçilerin ” buharlaşmalı soğutma ” dediği bir teknik .
İlk olarak, sarılı bir telden elektrik geçirerek yapılan bir manyetik alan kullanarak tüm atomları yakalıyoruz. Bu, atomları tutan görünmez bir kuyu oluşturur. Daha sonra telin içinden geçen elektrik akımını azaltarak bu kase şeklindeki kuvvet alanının kenarlarını indiriyoruz. Bu, daha hızlı, daha sıcak atomların “çanak” dan uzaklaşmasına izin verir.
Sadece daha yavaş atomlar geride kalır ve bu atomlar mutlak sıfırın milyarda birinde ağır çekimde hareket ediyor gibi davranırlar. Eğer Etrafta zıplamak yerine düz bir çizgide hareket etselerdi, bir oda boyunca seyahat etmeleri bir saat alırdı. Karşılaştırma için, vücudunuzdaki moleküller, bir saniyenin kısa bir bölümünde o odaya çarpabilir.
Soğuk atom bulutumuzdaki atomlar, kelimenin tam anlamıyla bir salyangozun hızından daha yavaş hareket ediyor ve bu bulut, Dünya’daki en yavaş şey.