Bilim İnsanları, ‘Ürkütücü’ Kuantum Tünellerini Gözlemledile

Amonyak molekülünde (NH3), merkezi atom etrafında üç hidrojen atomu bir şemsiye formunda mevcuttur. Şemsiye halindeki bu yapının çok sağlam olması, normal olarak zıt çevirilmesi için büyük ölçüde güç gerektirir.

Bununla birlikte, tünel olarak isimlendirilen kuantum mekaniksel bir fenomen, amonyak ve öbür moleküllerin eş vakitli olarak engelleyici bir yüksek güç bariyeri ile ayrılan geometrik yapılarda olmasına müsaade verir. Robert Field, Robert T.Haslam ve MIT’den kimya profesörü Bradley Dewey’den oluşan bir kimyacı ekip, bu olguyu olağan ve aksi çevrilmiş olan amonyak moleküllerinin eş vakitli işgalini bastırmak için çok büyük bir elektrik alan kullanarak incelediler.

Araştırmanın muharrirlerinden Robert Field, “Araştırmamız, tünel fenomeninin hoş bir örneği ve kuantum mekaniğinin büyük garipliğini ortaya koyuyor” dedi.

Seul Ulusal Üniversitesi’nden araştırmacılar da kuantum tünelleri üzerine bir araştırma gerçekleştirdiler. Seul Ulusal Üniversitesi’nden araştırmacıların kaleme alığı makale, bu hafta Proceedings of the National Academy of Sciences’ta yayınlandı. 

Seul Ulusal Üniversitesi’nde yapılan deneylerde araştırmacılar, iki elektrot ortasına yerleştirilmiş bir numuneye çok büyük bir elektrik alanı uygulamak için yeni bir yol denediler. Deneyde kullanılan numune, birkaç yüz nanometre kalınlığındaydı ve kendisine uygulanan elektrik alanı, bitişik moleküller ortasındaki etkileşimler kadar güçlü kuvvetler üretir. 

Araştırmacılardan Robert Field, “İki molekülün birbirine yaklaşırken varolan alanlarla neredeyse birebir büyüklükte olan bu dev alanları uygulayabiliriz. Bu, moleküllerin kendilerinin yapabildikleri ile eşit bir oyun alanında faaliyet göstermek için harici bir araç kullandığımız manasına geliyor” dedi.

Robert Field, yeni bulunan prosedür için, araştırmacıların kuantum mekaniğinin “ürkütücü” gerçeklerinden biri olarak sık sık kimya derslerinde gösterilen bir fenomen olan kuantum tünellerini keşfetmelerini sağladığını belirtti. 

Kuantum tünellerini anlamak için bir benzetme kullanmak gerekirse, bir vadide yürüdüğünüzü hayal edin. Bir sonraki vadiye ulaşmak için çok efor harcamanız gereken bir dağa tırmanmanız gerekir. Çokta gayret harcamadan vadiye ulaşmak için dağın içinden tünel açabildiğinizi düşünün. Kuantum mekaniğinin aşikâr şartlar altında müsaade verdiği şey budur. Aslında şayet iki vadi büsbütün tıpkı hale sahipse, birebir anda her iki vadide de yer alabileceksiniz. 

Amonyak örneğinde ise birinci vadi düşük güçlü, istikrarlı bir şemsiye halidir. Molekülün tam olarak birebir düşük güce sahip aykırı çevrilmiş durumuna ulaşması için klasik olarak çok yüksek güçlü bir duruma yükselmesi gerekir. Bununla birlikte, kuantum mekanik olarak izole edilmiş molekül her iki vadide de eşit olasılıkla var olur. 

Kuantum mekaniğinde, amonyak üzere bir molekülün mümkün durumları, karakteristik bir güç düzeyi modeli olarak tanımlanmaktadır. Molekül başlangıçta olağan ya da karşıt çevrilmiş yapıda bulunur. Lakin zaten öteki yapıya tünel açabilir. Bu tünelleşmenin gerçekleşmesi için gereken mühlet, güç düzeyi nizamında kodlanır. İki yapı ortasındaki bariyer yüksekse tünel açma mühleti uzundur. Güçlü bir elektrik alanın uygulanması üzere makul şartlar altında olağan ve aksi yapılar ortasındaki tüneller bastırılabilir. 

Güçlü bir elektrik alana maruz kalmak, Amonyak yapısının gücünü düşürür ve öbür yapının(ters çevrilmiş olanın) gücünü yükseltir. Sonuç olarak, tüm amonyak molekülleri düşük güç durumunda bulunabilir. Araştırmacılar, bu hali -263 santigrat derecede argon-amonyak-argon yapısı oluşturarak gösterdiler. Argon, -263 santigrat derecede katı olan inert bir gazdır.

Lakin amonyak molekülleri katı argon içinde serbetçe dolaşabilirler. Elektrik alanı arttıkça, amonyak moleküllerinin güç halleri, moleküllerin olağan ve karşıt çevrilmiş hallerde bulunma olasılıkları da giderek uzaklaşacak biçimde değişir ve tünelleme artık gerçekleşemez. Bu tesir büsbütün zararsız ve tersinirdir. Elektrik alanı azaldıkça, amonyak molekülleri her iki kuyucukta tıpkı anda olma durumlarına geri dönerler.

Robert Field, birçok molekül için tünel açmanın önündeki mahzurların yüksek olduğunu, tünelin kozmosun ömrü boyunca asla gerçekleşmeyeceğini söylüyor. Bununla birlikte, uygulanan elektrik alanın dikkatli bir formda ayarlanmasıyla tünel indüklenebilen amonyaktan öteki moleküller de vardır. Araştırmacılar, artık bu yaklaşımı bu moleküllerin kimileri ile denemeye çalışıyorlar. 

Kimya profesörü olan Rober Field, “Amonyak, yüksek simetrisinden ve muhtemelen tünel açma açısından kimyasal bir bakış açısıyla herkesin tartışabileceği birinci örnek olması nedeniyle özeldir” dedi.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir