Patlayan Moleküllerin İlk Keşfi: Kuantum Sırları Açığa Çıkıyor
Kuantum dünyasında moleküller her zaman hareket halindedir. Ve şimdi, bilim insanları bu küçük kuantum danslarını ilk kez doğrudan görüntülemeyi başardı – üstelik bunu oldukça etkileyici bir şekilde gerçekleştirdiler.
Mutlak sıfırda bile, bireysel parçacıklar sabit bir pozisyon olmadan sürekli titreşir; bu fenomen sıfır nokta hareketi olarak adlandırılır. 7 Ağustos’ta Science dergisinde yayımlanan bir makalede, Avrupa XFEL’deki araştırmacılar, 11 atomdan oluşan 2-iodopiridin molekülü üzerinde bu davranışı kullandılar. Molekülü güçlü ve kısa X-ışını darbeleriyle “patlatarak”, ekibin molekülün kuantum dalgalanmalarını takip etmesini, yeniden yapılandırmasını ve dolayısıyla görselleştirmesini sağlayan bir “mikroskobik büyük patlama” yarattılar.
“Atomların sadece bireysel olarak titreşmediğini, sabit desenleri takip ederek birlikte titreştiğini görebildik,” diyor çalışma kıdemli yazarı Till Jahnke, bir açıklamada. Almanya’daki Goethe Üniversitesi Frankfurt Nükleer Fizik Enstitüsü’nde fizikçi olan Jahnke, iodopiridinin “27 farklı titreşim modu içeren tam bir repertuara sahip olduğunu” ekliyor ki bu ilginç kuantum davranışı, klasik yöntemlerle açıklanamaz.
Ekip, Coulomb Patlama Görüntüleme adlı bir teknik kullandı. Bu teknik, hedef molekülden büyük miktarda elektron çıkararak molekülü X-ışınları ile vurur. Bu durum, molekülün genel olarak pozitif yüklü olmasına ve atom parçalarının birbirlerini iterek sonunda ayrılmasına neden olur. Özel bir alet, patlamadan sonra her bir parçanın şekil ve hareketini hızlı bir şekilde kaydetti; bu patlama bir femtosaniyeden (saniyenin bir katrilyonuncu) daha kısa sürdü.
Kayıtlara dayanarak, araştırmacılar patlamayı “görselleştirmek” için modele dönüştürdüler ve bunun gözlemlemeyi umdukları ilişkili sıfır noktası hareketiyle uyumlu olduğunu doğruladılar.
Kuantum dünyasını somut bir şekilde temsil etmenin ötesinde, yeni sonuçlar atomların kuantum davranışlarının “parmak izlerini” temsil ediyor. Araştırmacılar, bu tekniğin diğer moleküllerdeki benzer fenomenleri incelemek için kullanılmasının, fizikçilerin bireysel molekülleri şimdiye kadar görülmemiş bir hassasiyetle incelemeleri için tamamen yeni yollar açabileceğini belirtiyor.
“Gelecekte, bu teknik daha büyük molekülleri incelemek için kullanılabilir ve iç hareketlerinin zamana bağlı filmleri artık mümkün,” diyor çalışmanın ortak yazarı ve Almanya’daki Hamburg Ultrafast Görüntüleme Merkezi’nde bilim insanı olan Michael Meyer, bir XFEL açıklamasında.
“Amacımız atomların dansının ötesine geçerek elektronların dansını da gözlemlemek – bu, atom hareketleri tarafından da etkilenir ve önemli ölçüde daha hızlı bir koreografidir,” diyor Jahnke. “Aparatımızla, moleküler süreçlerin gerçek kısa filmlerini yavaş yavaş oluşturabiliriz – bir zamanlar düşünülemez bir şey.”
