Dünyadaki En Hızlı Kettle: 75 Saniyenin Katrilyonda Birinde 100.000 Derece
Fotoğraf : Su molekülleri 75 femtosaniye sonunda geniş kapsamlı bir şekilde hidrojene (beyaz) ve oksijene (kırmızı) ayrıldılar. Carl Caleman, CFEL/DESY/Uppsala Ünv.
Bilim adamları röntgen lazeriyle suyun egzotik halini yaratıp inceliyorlar:
Bilim adamları röntgen lazeriyle suyu 75 femtosaniyede oda sıcaklığından 100000°C ‘a ısıttılar. Dünyanın en hızlı su ısıtıcısı olabilecek deney düzeneği sonucunda, suyun egzotik hali elde edildi ki, bilim adamları bu sayede dünyanın en önemli sıvısı hakkında yeni bir bakış açısı edinme şansını yakaladılar. Ayrıca araştırmaların röntgen lazerlerle yapılan birçok farklı biyolojik örnek için de pratik bir anlamı var.
DESY ‘deki Center for Free-Electron Laser Science‘taki (CFEL) Carl Caleman ve ekibi ve İsveç‘teki Uppsala Üniversitesi çalışmalarını Amerikan Bilim Akademisi‘nde (PNAS) yapılan „Proceedings“ adlı etkinlikte sundular.
Bilim adamları Amerikan Araştırma Merkezi‘ndeki LCLS adlı serbest elektron lazeriyle ultra kısa ve yüksek şiddette röntgen ışıklarıyla saf su ışınını vurdular. Araştırma Başkanı Coleman: „Bu şüphesiz su ısıtmak için kullanılan olağan bir yöntem değil“ diye açıkladı. „Normalde su ısıtırken tabiri caizse su moleküllerini hep daha sert bir şekilde sallarız.“ Moleküler alanda sıcaklık harekete eşittir. Sıcaklık arttıkça, bir maddenin moleküllerinin hareketi de bir o kadar hızlanır. Buna örneğin sıcak bir elektrikli ocak levhası sayesinde yapılan ısı aktarımı sonucu erişilebilir ya da su örneğimizde bir mikrodalga fırın sayesinde su moleküllerinin mikrodalgaların frekansında salınımı sağlanarak elde edilir.
Caleman:„Bizim ısıtma yöntemimiz oldukça farklı“ diye vurguladı. „Yüksek enerjili röntgen ışığı elektronları su moleküllerinden ayırıyor ve böylece elektriksel yükün dengesini kayboluyor. Atomlar bir anda yüksek şiddette bir itme kuvvetine maruz kalıyorlar ve şiddetli bir şekilde hareket etmeye başlıyorlar.“ 75 femtosaniyeden kısa bir sürede -bu 0,000 000 000 000 075 saniye demek- su sıvı halden plazma hale geçiyor. Plazma, elektronların atomlardan çözündüğü ve bu şekilde elektronik bir gaz elde edilen maddenin bir halidir.
Uppsala Üniversitesi‘nden ortak yazar Olof Jönsson: “Atomların kayda değer bir şekilde hareket edecek vakitleri olmadığı için sıvı sudan plazma oluştuğu sırada suyun yoğunluğu yine de aynı kalıyor.” diye de ekledi. Bu egzotik hal dünyada hiçbir yerde doğal yollarla olmuyor. Jönsson: „Bu plazma Güneş‘teki ve gaz yığını Jüpiter‘deki bazı plazmalarla benzer özelliklere sahip, ama daha az bir yoğunluğa sahip. Bu yüzden dünya çekirdeüinden de daha sıcak.“ dedi.
Bilim adamları ölçümlerini sürecin bilgisayar simülasyonlarını doğrulayabilmek için kullandılar. Ölçümler ve simülasyonlar beraber suyun genel özellikleri daha iyi anlaşılsın diye egzotik halin yakından araştırılmasına izin veriyorlar. Jönsson: „Su tuhaf bir sıvı ve onun benzersiz özellikleri olmasa dünyadaki çoğu şey böyle olmazdı- özellikle de hayat“ diye vurguladı. Madde olarak su yoğunluk, ısı kapasitesi, ısı iletkenliğin açısından farklı anormalliklere sahip. Bu anormallikler gelecekte DESY tarafından planlanan Centre for Water Science (Su Araştırma Merkezi) çerçevesinde daha ayrıntılı incelenecektir ve şu anda sunulan gözlemler bu proje için oldukça önemli olacaktır.
Bu araştırma sonucu elde edilen sonuçların köklü anlamları bir kenara bırakıldığında bile bu araştırmadan elde edilen sonuçlar, bilim adamlarının örneğin minik örneklemlerle atom yapısını inceledikleri röntgen lazerleri açısından da önemli sonuçlara yol açmışlardır. Bu durumu CFEL‘den ortak yazar Kenneth Beyerlein: „Sonuçlar sıvılarla yapılan her röntgen lazer deneyi için anlamlı“ diye de vurguladı. „Bizim tarafımızdan gözlemlenerek röntgen ışığına tutulan her numune gerçekten de parçalandı. Bu durum kristal olmayan numunelerle yapılan araştırmalarda göz önüne alınmalı.“ Kristalle yapılan deneylerde bilim adamları numune parçalanmadan önce kullanışlı bir sinyal elde edildiğini gösterdiler.
Deneyde ilk 25 femtosaniyede suyun yapısında neredeyse hiçbir değişiklik olmadı. Buna karşılık 75 femtosaniye sonunda değişiklikler belirgin bir şekilde gözlemlenebildi. Uppsala Üniversitesi‘nden ortak yazar olan ve kullanılan teorinin modellenmesinde önemli gelişmeler sağlamış Nicusor Timneanu: „Araştırma farklı numunelerle neler olduğunu daha iyi anlamamızı sağladı.“ diye de ekledi. „Gözlemler röntgen lazerleri kullanılarak tek tek moleküllerin veya minik partiküllerin incelenmesi tekniklerinin geliştirilmesi açısından da önemlidirler.“
Kaynak : chemie.de
