Einstein'ın uçan aynası tekniğiyle ultra güçlü lazer üretildi

Erdem Çınar

Film ve Dizi Editörü

Einstein'ın uçan aynası tekniğiyle ultra güçlü lazer üretildi — Kuantum elektrodinamiği gibi modern fizik teorileri, yeterince güçlü elektromanyetik alanlar üretildiğinde boşluğun bile tamamen “boş” olmadığını; **ışığın vakumla etkileşime girerek madde oluşturabileceğini öne sürüyor.** Ancak burada ciddi bir problem var: Bu teorileri test etmek için gereken ışık yoğunluğu, bugün elimizdeki en güçlü lazerlerin bile milyonlarca kat ötesinde yer alıyor. Bu yüzden fizikçiler yıllardır mevcut lazer teknolojilerini daha ileri taşımaya çalışıyor. Bu hafta Nature'da yayımlanan bir makale, bu konuda önemli ilerleme kat edildiğini gösteriyor. Oxford Üniversitesi'nden bilim insanlarının öncülük ettiği araştırmada, **“Einstein’ın uçan aynası”** olarak bilinen bir yöntemden faydalanarak son derece güçlü ışık huzmeleri üretildi.

İngiltere'de bulunan Gemini Laser sisteminden faydalanan araştırmacılar bu deneyde “relativistic harmonic generation” (göreli harmonik üretim) adı verilen doğrusal olmayan bir optik tekniği kullandı.Araştırma ekibi, çok kısa süreli ancak yüksek frekanslı lazer darbelerini cam bir hedefe yönlendirdi. Bu işlem sonucunda hedef yüzeyinde plazma oluştu. Ancak burada dikkat çekici olan nokta, bu plazmanın sıradan bir yüzey gibi davranmamasıydı. Araştırmacılara göre oluşan plazma, ışık hızına yakın hızlarda hareket eden salınımlı bir ayna gibi davrandı. Bu yüzden bu sisteme “Einstein’ın uçan aynası” adı veriliyor.

Bu hareketli plazma yüzeyine çarpan yeni lazer darbeleri sıkıştırılarak geri yansıtılıyor. Işığın bu şekilde sıkıştırılması, enerjinin çok daha küçük bir alana yoğunlaşmasını sağlıyor ve sonuç olarak ışığın yoğunluğu dramatik biçimde artıyor. Ekip daha sonra bu ışığı yalnızca birkaç nanometrelik bir noktaya odaklamayı başardı.

Mevcut Ölçüm Teknolojileri, Işığın Yoğunluğunu Ölçmek İçin Yetersiz Kaldı

Araştırma ekibi ürettikleri ışının yoğunluğunu doğrudan ölçemedi çünkü mevcut ölçüm teknolojileri bu seviyelerde yetersiz kalıyor. Ancak teorik hesaplamalar, ışının yoğunluğunun santimetrekare başına 10^23 watt seviyesine ulaşmış olabileceğini gösteriyor. Bu değer, laboratuvar ortamında şimdiye kadar elde edilen en ekstrem elektromanyetik alanlardan biri anlamına geliyor.

Teorik beklentiler ile deneysel sonuçlar arasında bulunan açığı kapatmayı başaran bilim insanlarının asıl hedefi ise bundan çok daha büyük. Çünkü fizik dünyasında “Schwinger limiti” olarak bilinen kritik eşik, ışığın vakumdan parçacık üretmeye başlayabileceği nokta olarak görülüyor. Bu eşik yaklaşık santimetrekare başına 10^29 watt gibi inanılmaz bir yoğunluğa karşılık geliyor. Araştırma ekibi geliştirdikleri yöntemin ileride bu sınırı aşabileceğine inanıyor. Eğer bu başarılırsa, fizikçiler ilk kez kuantum vakumunu doğrudan optik yöntemlerle inceleme şansı elde edebilir. Bu da modern fiziğin en temel teorilerinden bazılarının deneysel olarak doğrulanmasının önünü açabilir.

Diğer yandan bu teknoloji yalnızca temel fizik araştırmalarıyla sınırlı kalmayabilir. Araştırmacılar, bu ultra yoğun ışık huzmelerinin biyolojik sistemlerin görüntülenmesi, ultra hızlı görüntüleme teknikleri, fotolitografi teknolojileri ve nükleer füzyon çalışmaları gibi alanlarda da önemli kullanım alanları bulabileceğini düşünüyor. Özellikle füzyon enerjisi konusunda çalışan araştırmacılar için bu seviyede yoğunlaştırılmış lazer sistemleri büyük önem taşıyor.

Araştırma ekibi şu anda yeni deneylerden elde edilen verileri analiz etmeye devam ediyor. Ekip, aynı deney sırasında keşfedilen yeni bir harmonik ışın türü üzerine de yakında yeni sonuçlar yayımlayacak. Bundan sonraki aşamada ise araştırmacılar hem bu yoğunlaştırılmış ışığın daha hassas şekilde kontrol edilmesine hem de doğrudan ölçülmesine odaklanacak.