Bilim insanları atom çekirdeğini daha yüksek bir enerji seviyesine çıkarmayı ve önceki haline geri getirmeyi ilk kez başardı. Nükleer fizikteki bu çığır açıcı adım, mevcut teknolojilerden çok daha isabetli aletler üretilmesinin önü açabilir. 

Lazer kullanılarak atom ve moleküllerin enerji seviyeleri arasında geçiş yapması sağlanabiliyor. Günümüzde zamanı en hassas şekilde ölçen atom saatlerinin arkasında atom ve moleküllerin enerji seviyelerini çok net bir şekilde ölçen bu yöntem yer alıyor. 

Öte yandan lazerle atom çekirdeğinde böyle bir geçişi tetiklemek için muazzam derecede enerji gerekmesi ve bunu belirlemenin çok zor olması, bu adımın bugüne kadar atılamaması önündeki en büyük engeldi. 

Physical Review Letters adlı bilimsel dergide pazartesi günü yayımlanan çalışmaya liderlik eden Prof. Thorsten Schumm "Atom çekirdeği de farklı kuantum durumları arasında geçiş yapabilir. Fakat bir atom çekirdeğini bir durumdan diğerine geçirmek için genellikle çok daha fazla enerjiye, bir atom veya moleküldeki elektronların enerjisinin en az bin katı kadar enerjiye ihtiyaç duyuluyor" diye açıklıyor.

Araştırmacılar bu engeli aşmak için toryum elementinin toryum-299 izotopunu kullanmayı tercih etti. Kendilerinden önceki araştırmacıların da tercihi olan bu atom, çekirdeğinde birbirine çok yakın iki enerji durumunu barındırdığı için cazip geliyor.

Toryum-299, 1970'lerden beri enerji geçişini sağlama araştırmalarında önemli bir yer edinse de uzun süre boyunca bu geçişin varlığına dair sadece dolaylı kanıtlar vardı. Schumm şöyle diyor: 

Sorun, lazer ışınıyla geçişi tetikleyebilmek adına, geçiş için gereken enerjiyi son derece hassas bir şekilde bilmenin gerekmesi.

Bilim insanları daha önceki çalışmalarda toryum atomlarını tek tek hedef alırken yeni araştırmayı yürüten ekip trilyonlarca toryum atomunu barındıran kristaller yaptı. Çok sayıda toryum çekirdeği etkiyi güçlendirip ölçüm süresini kısaltmanın yanı sıra enerji geçişini bulma ihtimalini de artırıyor.

21 Kasım 2023'te ekip amacına ulaştı. Toryum geçişi için gereken enerji miktarı doğru bir şekilde saptandı ve lazer, çekirdekteki enerji geçişini tetiklemeyi başardı. 

Araştırmacılar yeni bulgunun, atom saatlerinden çok daha isabetli nükleer saatlerin önünü açacağını umuyor. Ayrıca yalnızca zaman değil, Dünya'nın manyetik alanı da çok daha hassas şekilde ölçülebilir ve yerçekimiyle ışık hızı gibi doğadaki sabitlerin, gerçekten sabit olup olmadığı anlaşılabilir. 

Schumm, "Ölçüm yöntemimiz sadece başlangıç" diyor.

Bununla ne gibi sonuçlar elde edeceğimizi henüz öngöremiyoruz. Kesinlikle çok heyecan verici olacak.

Independent Türkçe, Phys.org, Science Alert, Physical Review Letters

Derleyen: Büşra Ağaç