Bir attosaniye — yani 0,000000000000000001 saniye — insan algısının kavrayamayacağı kadar kısa bir süredir. Elektronlar, atomlar ve moleküller için ise bu zaman ölçeği belirleyicidir. Bu kadar kısa süreler, onların hareketlerini anlamak açısından kritik rol oynar.
Zamanı düşündüğümüzde aklımıza genellikle saniyeler değil, onların birleşerek oluşturduğu dakikalar, günler ve yıllar gelir. Dünya çapında bir sporcu değilseniz, saniyenin onda biri, yüzde biri ya da binde biri gibi kısa zaman aralıklarını fark etmek sizin için pek anlam taşımaz. Ancak olimpiyat seviyesinde bu küçücük farklar, altın madalya ile kaybetmek arasındaki çizgiyi belirler.
Peki, dünyanın giderek kısalan zaman dilimlerinde neler olup bittiğini gözünüzde canlandırabilseydiniz ne olurdu? Ya da zamanı, optik, elektron veya taramalı tünelleme mikroskoplarının maddeyi atom ölçeğinde göstermesi gibi, bir “zaman mikroskobu” ile büyütebilseydiniz?
Bugün bilimin en hızlı alanlarında çalışan araştırmacılar tam da bunu yapıyor. Aralarında Nobel Ödüllü bilim insanlarının da bulunduğu bu ekip, lazer bilimi ve teknolojisindeki büyük ilerlemeleri kullanarak maddenin moleküler, atomik ve elektronik davranışlarını her zamankinden daha kısa zaman ölçeklerinde inceliyor.
Attosaniye nedir? Bir attosaniye ne kadar sürer?
Günlük hayatta çok büyük ya da çok küçük sayıları ifade ederken çeşitli ön ekler kullanırız. “Atto” da bu ön eklerden biridir ve 10−18 değerini temsil eder. Bu ön eki saniyenin önüne eklediğimizde, saniyenin kentilyonda biri — yani 0,000000000000000001 saniye — ortaya çıkar. Bir saniyede, evrenin oluşumundan bu yana geçen saniye sayısından bile daha fazla attosaniye bulunur.
1970’ler ve 1980’lerde, araştırmaların sınırını nanosaniyeler (saniyenin milyarda biri) ve pikosaniyeler (trilyonda biri) belirliyordu. Ardından, saniyenin katrilyonda birini ifade eden femtosaniyeler keşfedildi. Ancak bu süreler, elektronların hareketini net biçimde gözlemlemek için yeterli değildi. Elektronlar, femtosaniye ölçeğinde bile bilim insanlarının ayrıntılı analiz yapamayacağı kadar hızlı hareket eder.
Yaklaşık 1 saniyelik uzun pozlama yapabilen bir kamera hayal edin. (Uzun pozlama, birkaç saniye ile birkaç saat arasındaki enstantane hızlarında fotoğraf çekme tekniğidir.) Böyle bir kamerayla, size doğru koşan bir insanı ya da gökyüzünde uçan bir kuşu fotoğrafladığınızda, hareketler karelerde bulanık görünür ve ayrıntıları seçmek zorlaşır.
Şimdi, 1 milisaniyelik pozlama yapabilen bir kamera kullandığınızı düşünün. Bu kez, daha önce bulanık görünen hareketleri net ve keskin biçimde yakalayabilirsiniz. İşte bu nedenle, atom altı dünyayı incelerken femtosaniye yerine attosaniye ölçeğini kullanmak büyük bir fark yaratır.
Attosaniye darbeleriyle neler yapabilirsiniz?
Attosaniye ölçeği, fizik ve kimyanın temel süreçlerinin gerçekleştiği ve incelenebildiği zamansal aralıktır. Bu zaman ölçeği, kimyasal olayların başlangıç sahnesidir. Bu anlarda, bir kimyasal halka açılabilir, bir elektron koparak geride pozitif yüklü bir iyon bırakabilir ya da bir foton dışarı fırlayıp, bilim insanlarının ne olduğunu anlamasını sağlayacak tayfsal bilgiyi taşıyabilir.
En gelişmiş lazer sistemlerini ve ışık dedektörlerini kullanarak bu küçücük ölçekteki olağanüstü hızlı olayları yakalamaya çalışan araştırmacılar için, bir mikrosaniye ya da nanosaniye bile oldukça uzun bir zaman dilimi gibi gelir.
Bilim insanları elektronların hareketini kontrol edip bunu görüntülere dönüştürdüğünde, doğayı algılama ve onunla etkileşim kurma biçimimiz köklü biçimde değişir. Attosaniye bilimi, bu alanda attokimya, attobiyoloji ve attomikroskopi gibi yeni araştırma alanlarının doğmasını şimdiden sağladı.
Attosaniye meraklılarının sık sık dile getirdiği çarpıcı bir bilgiye göre, bir saniye içinde, evrenin Büyük Patlama’dan bu yana geçen saniyelerden daha fazla attosaniye vardır. Mutfaktaki saatinizde bir saniyelik tik, attosaniyeler açısından neredeyse bir sonsuzluk demektir. Bir başka şaşırtıcı gerçek ise şu: Işık — saniyede 300.000 kilometrelik akıl almaz hızıyla — yalnızca bir attosaniyede bir atomun boyu kadar yol alır.
Attosaniye düzeyinde araştırma yapmak için önce, milyarda birin milyonda biri saniye uzunluğunda kızılötesi lazer darbeleri üretebilen üst düzey bir femtosaniye lazer kullanmak gerekir. Daha kısa dalga boylu attosaniye lazer darbeleri elde etmek içinse, yüksek harmonik üretimi (HHG) adlı bir darbe kısaltma tekniği gerekir.
Bilim insanları, attosaniye fiziği ile kuantum bilgisayar teknolojisini birleştirme olasılığını araştırıyor. Eğer iki alan bir araya gelirse, klasik bilgisayarların çözemeyeceği kadar karmaşık problemleri çözmek mümkün olur. Böyle bir atılım, kuantum fiziğinin en temel prensiplerinden güç alır.
İlk prensip süperpozisyondur. Bir kuantum parçacığı aynı anda birden fazla durumda bulunur. Kuantum bilgisayarlarda bilgiyi taşıyan kubitler, bu özelliği kullanarak aynı anda inanılmaz sayıda olası çözümü işler.
İkinci prensip dolanıklıktır. Bu özellik sayesinde çok sayıda kubit, eşzamanlı hareket eder ve hesaplama hızını kat kat artırır. Araştırmacılar, bu kuantum özelliklerini hassas şekilde kontrol edecek yöntemler geliştirmektedir. Ancak kubitlerin zamanla kuantum özelliklerini kaybetmesi en büyük engellerden biridir.
Sonuç Olarak;
Attosaniye bilimi bu noktada devreye girer. Aşırı kısa lazer darbeleri ve ışıkla tetiklenen süreçler, kubitleri kontrol etmek için yeni olanaklar sunar. Son deneylerde, küçük moleküllere uygulanan attosaniye darbeleriyle kubitlerin hem dolanıklığını hem de kuantum uyumunu korumak mümkün oldu. Bu buluş, kuantum bilgisayarların geleceği için umut verici bir kapı açıyor.
1925’te, kuantum mekaniğinin öncülerinden Werner Heisenberg, bir elektronun hidrojen atomu çevresindeki dönüş süresinin gözlemlenemeyeceğini ileri sürdü. O dönemki teknolojik koşullar düşünüldüğünde bu tespiti isabetliydi. Ancak Heisenberg, 20. yüzyıl fizikçilerinin yaratıcılığını öngörememişti.
Kaynaklar ve ileri okumalar
- Explained: Femtoseconds and attoseconds. Yayınlanma tarihi: 18 Temmuz 2012. Kaynak site: MIT News. Bağlantı: Explained: Femtoseconds and attoseconds
- What is an attosecond? A physical chemist explains the tiny time scale behind Nobel Prize-winning research. Yayınlanma tarihi: 3 Ekim 2023. Kaynak site: Conversation. Bağlantı: What is an attosecond? A physical chemist explains the tiny time scale behind Nobel Prize-winning research
- How These Nobel-Winning Physicists Explored Tiny Glimpses of Time. Kaynak site: The Wire. Yayınlanma tarihi: 8 Ekim 2023. Bağlantı: How These Nobel-Winning Physicists Explored Tiny Glimpses of Time
Size Bir Mesajımız Var!
Matematiksel, matematiğe karşı duyulan önyargıyı azaltmak ve ilgiyi arttırmak amacıyla kurulmuş bir platformdur. Sitemizde, öncelikli olarak matematik ile ilgili yazılar yer almaktadır. Ancak bilimin bütünsel yapısı itibari ile diğer bilim dalları ile ilgili konular da ilerleyen yıllarda sitemize dahil edilmiştir. Bu sitenin tek kazancı sizlere göstermek zorunda kaldığımız reklamlardır. Yüksek okunurluk düzeyine sahip bir web sitesi barındırmak ne yazık ki günümüzde oldukça masraflıdır. Bu konuda bizi anlayacağınızı umuyoruz. Ayrıca yazımızı paylaşarak da büyümemize destek olabilirsiniz. Matematik ile kalalım, bilim ile kalalım.
Matematiksel
