Kuantum mekaniğinin temel kavramlarından olan elektron tünellemesi sürecinin gizemi ilk kez çözüldü ve deneylerle doğrulandı.
Duvarların içinden geçmek gibi kulağa bilim kurgu gibi gelen olaylar, atomik düzeyde yaşanıyor. Klasik fizik kurallarına göre bir parçacığın enerjisinin yetersiz olduğu bir bariyeri aşması imkansız. Fakat kuantum tünelleme olarak bilinen bu olgu, bir elektronun sahip olduğu enerjinin yetmemesi gereken enerji bariyerlerini delip geçmesi şeklinde açıklanıyor.
Bu olgu, akıllı telefonlar ve bilgisayarların temel bileşeni olan yarı iletkenlerin çalışmasında olduğu gibi, Güneş’teki ışık ve enerji üretiminin kaynağı olan nükleer füzyon sürecinde de kritik bir rol oynuyor. Ancak bugüne kadar, bir elektronun tünelden geçmeden önceki ve sonraki halleri kısmen anlaşılmış olsa da, bariyerin içinden geçerken tam olarak ne yaptığı bilinmiyordu. Yani tünelin giriş ve çıkışı biliniyordu ama içi gizemini koruyordu.
Prof. Kim Dong Eon’un ekibi, Almanya’daki Max Planck Nükleer Fizik Enstitüsü’nden Prof. C. H. Keitel’in grubuyla birlikte yürüttüğü deneyde, atomlarda elektron tünellemesini başlatmak için yüksek güçlü lazer darbeleri kullandı. Sonuçlar; elektronların bariyerden basitçe geçmediğini; tünelin içinde atom çekirdeğiyle tekrar çarpıştığını gösterdi. Araştırma ekibi bu süreci “bariyer altı yeniden çarpışma” (Under-the-Barrier Recollision – UBR) olarak adlandırdı. Bu zamana kadar elektronların çekirdek ile ancak tünelden çıktıktan sonra etkileşime geçebileceği düşünülüyordu. Ancak bu çalışma, bu etkileşimin tünelin içinde de gerçekleşebileceğini ilk kez kanıtladı.
Etkileşim sırasınca elektronlar bariyerin içinde enerji kazanıyor ve çekirdeğe yeniden çarpıyor. Bu da “Freeman rezonansı” olarak bilinen sürecin güçlenmesine yol açıyor. Elde edilen iyonizasyon, daha önce bilinen iyonizasyon süreçlerinden çok daha güçlüydü ve lazer yoğunluğundaki değişikliklerden neredeyse hiç etkilenmedi.
Bir atom ya da molekül, güçlü bir lazer alanına maruz kaldığında, lazerin elektromanyetik alanı atomun enerji düzeylerini etkiler. Bu alan etkisiyle enerji seviyeleri değişir. Eğer bu kayma, atomun geçici bir durumda rezonansa girmesine yol açarsa, bu durumda iyonlaşma olasılığı keskin bir şekilde artar. Bu rezonans geçişe Freeman rezonansı denir ve gözlemlenen iyonizasyon spektrumunda dar ve belirgin yapılarla kendini belli eder.
Prof. Kim Dong Eon, “Bu çalışma sayesinde elektronların atomik duvardan geçerken nasıl davrandığına dair ipuçları elde ettik. Artık tünelleme olgusunu daha derinlemesine anlayabilir ve onu istediğimiz gibi kontrol edebiliriz” açıklamasında bulundu.
Araştırmanın yarı iletkenler, kuantum bilgisayarlar ve ultra hızlı lazerler gibi tünellemeye dayalı ileri teknolojilerde elektron davranışının daha hassas kontrolünü sağlamak ve verimliliği artırmak için bilimsel temel oluşturması bekleniyor.
Kaynak: Eurekalert
