Başlıksız-3-Kurtarıldı

Girdapların sadece büyük denizlerde, okyanuslarda ya da tıpası çekilmiş içi su dolu olan küvetlerinizde, hortumların ise gökyüzüne ait olduğunu mu sanıyorsunuz? O zaman sesimizi inceltmesiyle komedi programlarının vazgeçilmezi olan, dünyanın kütle çekimine karşı koyan , kafasına estiğinde uzaya kadar kaçabilen Helyumun gizemli dünyasıyla tanışmamışsınız demektir.

Önce helyumu daha yakından tanımak için CV’sine kısaca bir göz atalım.

HELYUM


İSİM: Helyum (He)2

ADRES: Periyodik tablo yerleşkesi, 1. Periyot/grup no:8A, atom no:2

BULUNDUĞU YERLER: Dünya atmosferi, Güneş atmosferi, yıldızlar ve yıldızla arası ortam.

DOĞUM YERİ/ZAMANI: Uzay/ Büyük patlama

AİLE ÜYELERİ-YAKIN AKRABALARI: Helyum 2(diproton), Helyum 3, Helyum 4,

İŞ TECRÜBELERİ: Zeplin, Balon, Nükleer Enerji Santralleri, Manyetik Rezonans Görüntüleme (MRI) ve (MRE), Roket İtici Gaz sistemleri, Lazer Gazı ve Analitik Cihazlar.

20 ° C’ DE MEDENİ HALİ: Gaz


Helyum 2.18 K (-270.97 °C) kadar soğutulduğunda helyum likit hale geliyor ve inanılmaz özellikler gösteriyor. Normalde böyle bir sıcaklıkta atomlar hareketlerini sınırlandırarak daha düzenli bir hale geçerler ve katı dediğimiz hale dönüşürler. Fakat helyum sıra dışı ve sıvı halde kalmayı başarıyor. Çünkü helyum atomları arasındaki çekim çok az, böylece bir katının atomları gibi yerleşik düzene geçemiyorlar. (helyumu katı hale getirebilmek için oda sıcaklığında, yaklaşık 114 binlik atmosfer basıncı gerekmektedir. Buda yaklaşık olarak 1 cm2’lik bir alana uygulanan 2118,36 tonluk basınca denktir.) Bu sıcaklıkta helyum süper kahramana dönüşerek,  bir süper akışkan oluyor. Bu dönüşüm ona yeni yetenekler kazandırıyor, mesela bulunduğu kabın duvarlarını yukarı doğru tırmanarak kaçabiliyor. Süper akışkan olması aslında sürtünmenin sıfır olması, yani akışkanlığın maksimum seviyede olması olarak düşünülebilir. Akışkanlığın maksimum seviyede olmasını viskozite çok düşük olmasıyla da belirtilebilir. Viskozite dediğimiz şey ise kısaca akışkanlığa gösterilen dirençtir. Örneğin, balın viskozitesi sütün viskozitesinden büyüktür. Bu özellik, süper akışkan özelliğe sahip her parçacığın sürtünmelerini kaybetmeleri sebebiyle, senkronize bir şekilde hareket etmelerine neden olur.

Her birinin birlikte tek hareketi yapması bizi kuantum mekaniğine yönlendirir. Helyumun kuantum mekaniğine açılan kapısı bilim insanları için önemlidir çünkü helyum elektron ve nötrino gibi mikro ölçekli temel parçacıkların yerine, büyük ölçekli kuantum davranışı gösterir. Yazının başında bahsettiğimiz minik girdaplar tam da bu kuantum davranışı ile ilgili.

Küçük likit helyum damlacıkları içinde yüz binlerce, çok hızlı dönen girdaplar keşfedildi. Ama nasıl? Bu deneyi nasıl yaptılar diye sorabilirsiniz, 1 atom büyüklüğünde olan bu hortumları görebilmek için ABD’de bulunan, SLAC National Accelerator Laboratory’s Linac Coherent Light Source tesisi kullanıldı.  Bu tesis de dünyanın ilk serbest elektronlu X ışınlı lazeri var ve bu lazer saniyede on trilyon ışık parçacığı gönderebiliyor.( Lazerin gönderdiği X ışını, yüksek enerjili fotonlardan oluşuyor). Kısa bir zamanda çok fazla fotonun gönderilmesi, ultra küçük girdapların fotoğraflarının çekilmesine olanak sağlıyor.

Başlıksız-5

X ışını ile helyum girdaplarının görüntülenmesi

Biraz daha detaylı bakacak olursak, vakumlanmış bir kap içerisine gönderilen helyum (oluşturduğu girdaplar), vakum içerisine gönderilen lazer sayesinde görüntüleniyor. Aslında helyum atomları ile bu görüntüyü elde etmek olanaksız. Bunun üstesinden gelmek için ise biraz katkı maddesi eklediler. Eklenen Ksenon sayesinde, kuantum dünyasına ait girdaplar gözlemlenmiş oldu. (Ksenon atomları X ışınlarının kırınımın da daha etkili)

İlginç yanı ise, bu kadar hızlı dönen girdapların normal şartlarda fıstık şekline benzemesi gerekirken, helyum hortumları buna da karşı geliyor ve merkezden genişleyen, alt ve üst kısımları düz bir şekil alıyorlar, eğilmiyorlar.

Bilim adamlarının hedefi büyük bu buluşlar sayesinde evrenin sırlarını çözmeye adım adım yaklaşıyorlar. Nadide kuantum davranışı sergileyen helyum ve girdapları ise bilim alanında atılmış büyük bir adım .

Kaynaklar: 

Greene, K. (2014). Researchers Map Quantum Vortices Inside Superfluid Helium Nanodroplets. http://newscenter.lbl.gov/2014/08/21/researchers-ma

p-quantum-vortices-inside-superfluid-helium-nanodroplets/

Diep, F.(2014).The Weırd Ways of Superfluıd Helıum. http://www.popsci.com/article/science/weird-ways-superfluid-helium

Stewart, D. Facts About Helium. http://www.chemicool.com/elements/helium-facts.html