Uluslararası bir araştırma ekibi, helyum atomlarındaki hibrit elektron-foton kuantum durumlarını kontrol etti. Bu özel kuantum durumlarının kontrolü, çok yoğun, aşırı ultraviyole radyasyonun darbe oluşumu ile sağlandı. Bu yöntem, sadece atom ve moleküllerdeki kuantum mekaniksel etkileri incelemekle kalmayıp aynı zamanda kimyasal reaksiyonları kontrol etme olasılığını da ortaya koymaktadır.
Freiburg Üniversitesi Fizik Enstitüsü’nde genç araştırma grubu lideri olan Dr. Lukas Bruder liderliğindeki uluslararası bir bilim ekibi, helyum atomlarında hibrit elektron-foton kuantum durumlarını üretmeyi ve doğrudan kontrol etmeyi başardı.
Bu amaçla; Trieste, İtalya’daki FERMI serbest elektron lazerini kullanarak özel olarak hazırlanmış, son derece yoğun aşırı ultraviyole ışık darbeleri ürettiler. Araştırmacılar hibrit elektron-foton kuantum durumlarının kontrolünü yeni bir lazer darbe şekillendirme tekniği kullanarak elde ettiler. Sonuçları Nature dergisinde yayınlandı.
Güçlü Işık Alanları Yeni Kuantum Durumları Yaratabilir
Elektronlar bir atoma bağlı oldukları sürece, enerjileri ancak belirli değerlerde olabilir. Bu enerji değerleri öncelikle atomların kendilerine bağlıdır. Bununla birlikte elektronların, bağlı oldukları atom çok yoğun bir lazer ışınına maruz kalırsa, enerji seviyeleri değişir. “Dressed States” (giyinmiş durumlar) olarak bilinen elektron-foton durumları yaratılır. Bunlar, santimetrekare başına on ila yüz trilyon Watt aralığında lazer yoğunluklarında meydana gelir.
Bu özel kuantum durumlarını üretebilmek ve kontrol edebilmek için, saniyenin trilyonda biri kadar kısa bir zaman diliminde bu tür yoğunluklara ulaşan lazer darbeleri gereklidir.
Aşırı Ultraviyole Spektral Aralığında Lazer Radyasyonu Üretmek İçin Serbest Elektron Lazeri
Bilim insanları deneyleri için aşırı ultraviyole spektral aralığında çok yüksek yoğunlukta lazer ışığı üretilmesine olanak tanıyan FERMI serbest elektron lazerini kullandılar. Bu aşırı ultraviyole radyasyonun dalga boyu 100 nanometreden daha azdır ve bu da helyum atomlarındaki elektron durumlarını kontrol etmek için gereklidir.
Elektron-foton durumlarını kontrol etmek için, araştırmacılar senaryoya bağlı olarak dağılan veya daralan lazer darbeleri kullandılar. Bu amaçla, lazer radyasyonunun farklı renk bileşenlerinin zaman gecikmesini ayarladılar. Lazer darbelerinin özellikleri, serbest elektron lazerinin emisyonunu önceden koşullandıran bir “Seed Laser Pulses” (tohum lazer darbesi) kullanılarak kontrol edildi.
Bruder “Araştırmamız ilk kez bir helyum atomundaki bu geçici kuantum durumlarını doğrudan kontrol etmemizi sağladı.” olarak ifade ediyor.
“Geliştirdiğimiz teknik yeni bir araştırma alanı açıyor: Bu, serbest elektron lazerleri ile yapılan deneyleri daha verimli ve seçici hale getirmek veya görünür ışıkla erişilemeyen temel kuantum sistemlerine dair yeni bakış açıları edinmek için yeni fırsatlar içeriyor. Özellikle, artık kimyasal reaksiyonları atomik hassasiyetle incelemek veya kontrol etmek için yöntemler geliştirmek mümkün olabilir.”
Kaynakça:
https://tr.m.wikipedia.org/wiki/Serbest_elektron_lazeri
https://phys.org/news/2024-12-scientists-quantum-states-energy-range.html
https://www.sciencedaily.com/releases/2024/12/241212163202.htm
Yazar: Melike Zeynep Koçer
Redakte: Emine Elif Pekduru
