MOSSBAUER ETKİSİ

2009-WILLARD S. BOYLE, GEORGE E. SMITH

Ülke : Kanada(ABD), ABD

Nobel Ödülü Konusu: " Bir yarı iletken

görüntüleme devresi (CCD sensörü) icat

etmelerinden dolayı"

CCD: Dijital Görüntü Sensorü

1969’da Willard S. Boyle ve George E. Smith dijital bir görüntü

sensor, CCD (Charge Coupled Device (yükten bağlaşımlı bir aygıt),

kullanarak ilk başarılı görüntüleme teknolojisini bulmuştur.

CCD ile ışık, film yerine elektronik bir devreye kaydededildiğinden

fotoğrafçılık alanında devrim yaratmıştır.

MOSSBAUER ETKİSİ

Şekil 1 CCD , Dijital veri ve Fiber optik kablolar

Görüntü sensorü CCD, dijital kameraların elektronik gözüdür. Gelen

ışık, CCD’nin fotosellerinde, yani piksellerinde, elektron yükleri

oluşturur. Daha çok ışık, CCD dizisinde daha çok elektron

oluşturur. Yükler sıra sıra okunur. Okuma şöyle gerçekleşir;

elektronlar düzenekten bir elektronik taşıyıcıya (conveyor) aktarılır,

bkz. Şekil 2 ve sonuç olarak dijital birlere ve sıfırlara tercüme edilirler.

Bu dijital dönüşüm sayesinde görüntü işleme ve görüntü transferi

sağlanmış olur.

MOSSBAUER ETKİSİ

Şekil 2 CCD çalışma prensibi ve CCD çipi

Her bir piksel, elektronları toplayan silikon küçük kapasitör gibidir.

Değişken bir elektronik voltaj pikselleri okumak için kullanılır. Bu

basit fakat dahiyane yolla sensorün hemen hemen bütün bölgesi

ışığı toplamada kullanılır.

Gökbilimciler dijital görüntü sensörünün avantajlarını hemen

anlamışlardır. Sensör, X ışınlarından kızılötesine kadar bütün ışık

tayfını kapsamaktadır. Ayrıca fotoğraf filmlerinden çok daha

hassastır: Gelen 100 birim ışık taneciğinden CCD 90 tanesini

yakalarken, fotoğraf filmleri sadece bir tanesini yakalamaktadır.

Şekil 3 Teleskop CCDsi

MOSSBAUER ETKİSİ

Yukardaki şekilde solda: Dünyanın en büyük ilk dijital kamerası

görülmektedir. Hawaii Üniversitesinde üretilmiştir. 40 santimetre

kare yüzeyi 64X64 CCD yani toplam 1.4 milyar piksel, içerir.

Gökbilimciler bu tür kameralarla donatılmış teleskoplarla dünyaya

doğru gelen olası tehdit edici asteroidleri algılayabileceği gibi 5,000

tane yeni süpernovaları da bulacağını ümit ediyorlar.

Sağda: Konstellation Canes Venatici de sarmal galaksi M51 bu dijital

kamera ile çekilen ilk görüntülerinden birisidir.

CCD teknolojisi tıp alanında da kullanılmaktadır, Örneğin:

ameliyatlarda ve endoskopik teşhisler koymak için vücut içini

görüntülemede kullanılmaktadır.

Şekil 4 Endeskopi kapsülü

Yukardaki şekilde solda; dijital kamera ve radyo vericisi taşıyan

endoskopi kapsülü görülmektedir. Sağda ise kanserli bir hasta

tarafından yutulan kapsülün, sindirim sistemi boyunca yol alırken

yolladığı görüntüler görülmektedir.

MOSSBAUER ETKİSİ

2010- ANDRE GEIM, KONSTANTIN NOVOSELOV

Ülke : Rusya, Rusya, İngiltere

Nobel Ödülü Konusu: "iki-boyutlu grafen

malzemesine ili şkin çı ğır açan deneyleri için"

Grafen: Mükemmel Atomik Örgü

Grafen bir tür karbondur. Malzeme olarak – sadece en ince değil

ayrıca en kuvvetli tamamen yeni bir şeydir. Bir elektrik iletkeni

olarak bakır kadar iyi iş görür. Bir sıcaklık iletkeni olarak gümüş ve

bakır gibi iyi iletken metallerden daha iyi iş görür. O hemen hemen

tamamen saydam, fakat o kadar çok yoğundur ki en küçük gaz

atomları bile içinden geçemez. O ayrıca o kadar güçlüdür ki, bir

kedinin bıyığından daha ağır olmayan 1 metrekare hamak normal

büyüklükte bir kediyi taşıyabilir.

Şekil 5 lan bu tür bir kristal kafesinden olarak

MOSSBAUER ETKİSİ

Tezatlar dünyasında

Andre Geim and Konstantin Novoselov grafenin mucizevi özelliklerini

araştırmak için bir saçın çapından daha kalın olmayan bir parça grafen kullandılar. En çok dikkat çekeni, grafende hareket eden

elektronların sanki hiç kütleye sahip değilmiş gibi özellik göstermesi

ve saniyede bin kilometre sabit bir hızla hareket etmesidir. Bu,

büyük parçacık hızlandırıcısı kullanmadan küçük ölçekte, belli bir

olayı daha kolay bir şekilde araştırma olanağını sunmaktadır.

Şekil 6 lan bu tür bir kristal kafesinden olarak

Grafen ayrıca bilim adamlarına şimdiye kadar teorik olarak tartışılan

daha çok hayalet gibi kuantum etkilerinin bazılarını test etmeye

müsaade eder. Bu tür bir olay İsveçli fizikçi Oskar Klein’ın 1929’da

formüle ettiği Klein tünellemesinin bir değişkenidir. Kuantum fizikte

bu tünel etkisi, normalde bunları engelleyebilecek bir engelin

içinden parçacıkların bazen nasıl geçebileceğini açıklar- engel ne

kadar büyük olursa kuantum parçacıkların geçme şansı o kadar

azdır. Buna rağmen, bu grafende hareket eden elektronlara

MOSSBAUER ETKİSİ

uygulanmaz- bazı durumlarda bunlar sanki engel yokmuş gibi ileri

doğru hareket ederler.

Şekil 7 lan bu tür bir kristal kafesinden olarak

Grafenin Gelecekteki Uygulamaları

Şimdiye kadar grafen için olası pratik uygulamaların çoğu sadece

hayallerimizde yer alır. İlginin çoğu grafenin iletken özelliğinden

dolayı beklenmektedir. Grafen transistörler bugün silikondan

yapılanlardan önemli oranda daha hızlı olduğu tahmin ediliyor. Belki

de gelecekte daha etkili bilgisayarlara öncülük edecek, elektronik

elemanların bir minyatürleşmesinin eşiğindeyiz.

MOSSBAUER ETKİSİ

Grafen hemen hemen saydam olduğundan (%98 kadar) ve elektriği

ilettiğinden dolayı, saydam dokunmatik ekranların, ışıklı panellerin, ve belki de güneş hücrelerinin üretimi için uygun olabilir. Ayrıca

plastiklere eğer sadece %1 grafen karıştırılırsa elektronik iletkenlere

dönüştürülürler. Aynı şekilde binde bir grafenin bir kısmını

karıştırarak, onları mekanik olarak daha dirençli yaparken, plastiğin

sıcaklık toleransı 30 santigrad derece oranında artabilir. Bu

dirençlilik ayrıca ince, esnek ve hafif olan yeni süper güçlü

maddelerde faydalanılabilir.

Grafen’in mükemmel yapısı ayrıca onu molekül seviyesinde

bozulmayı kayıt edebilecek son derece hassas sensörlerin üretimi

için uygun kılar.

MOSSBAUER ETKİSİ

2011- SAUL PERLMUTTER, BRIAN P. SCHMIDT, ADAM G. RIESS

Ülke : ABD, Avustralya(ABD), ABD

Nobel Ödülü Konusu: "Uzak

süpernovaların incelenmesi sonucunda

evrenin hızlanarak geni şledi ğine dair

keşiflerinden dolayı"

Evrenin Genişleme Hızı: Yıldızlarda yazılı

“Bazıları dünyanın yanarak sona ereceğini söylüyorlar; bazıları

donarak …* Evrenin akıbeti ne olacaktır? Eğer bu yıl verilen Nobel

ödüllülerine inanırsak, evren donarak sona erecek. Onlar uzak

galaksilerdeki, süpernovaları, birkaç düzine patlayan yıldızları

dikkatli bir şekilde incelediler ve evrenin genişlemesinin hızlandığı

sonucuna vardılar.

Bu buluş Nobel Ödülünü alan kişilere bile tam bir sürpriz oldu.

Gördükleri şey bir topu havaya fırlatmak gibi bir durumdu, ve onun

tekrar yere gelmesi beklenirken, sanki yerçekimi topun gidişatını

geri döndüremiyor, gittikçe hızlanarak uzaya doğru hareketlenerek

gözden kayboluyordu. Bu örneğe benzer bir şeylerin tüm evrende

olduğu gözlendi.

Evrenin genişlemesi 14 milyar yıl önce Büyük Patlama ile başladı,

fakat ilk birkaç milyar yıl boyunca yavaşlamıştır. Sonunda tekrar

hızlanmaya başlamıştır. Hızlanmanın başlangıçta evrenin küçük bir

parçasını oluşturan kara enerji (dark energy) tarafından

kaynaklandığına inanılıyor. Madde genişleme ile seyrelirken, kara

enerji daha etkili olmuştur.

Genişlemenin büyüme oranı uzayın yapısında yerleşmiş bilinmeyen

bir enerji türü tarafından Evrenin birbirinden uzaklaştırılmasını

MOSSBAUER ETKİSİ

ifade ediyor. Bu kara enerji, %70’den fazla, Evrenin büyük bir

bölümünü oluşturur ve bu, bugün fizikteki belki de en büyük

muammadır.

Şekil 123 Evren genişliyor.

1998’de iki ayrı araştırma gurubu benzer sonuçları sunduklarında

evrenbilim temellerinden sarsılmıştır. Saul Perlmutter on sene önce

1988’de başlatılan iki araştırma gurubundan birini, Supernova

Evrenbilim Projesi, yürüttü. Brian Schmidt ise 1994’ün sonuna

doğru başlatılan ve rakip bir proje olan High-z Supernova Araştırma

grubunu yönetti. Adam Riess bu projede önemli bir rol oynamıştır.

İki araştırma ekibi en uzak süpernovaları (uzaydaki yıldız

patlamalarını) bularak Evrenin haritasını çizmek üzere birbirleriyle

yarıştılar. Süpernovalar arasındaki mesafeyi ve bunların bizden

uzaklaşma hızını belirleyerek, evrensel kaderimizi açıklamayı umut

MOSSBAUER ETKİSİ

ettiler. Onlar evrenin genişlemesinin yavaşladığına dair belirtileri

bulmayı beklediler fakat buldukları bunun tam tersi idi – genişleme

hızlanıyordu.

Şekil 123 Evren genişliyor.

Evren Genişliyor

Gökbilimsel bir buluşun evren hakkında fikirlerimizi kökten

değiştirmesi ilk değildir. Sadece bir yüz yıl önce, evrenin galaksimiz

Saman yolundan daha büyük bir yer olmadığı, sakin ve huzurlu bir

yer olduğu düşünülüyordu. Evrensel saat hatasız ve düzenli bir

şekilde işliyordu ve Evren ebedi idi. Hemen sonra, kökten bir geçiş

bu görüşü değiştirdi. Yirminci yüzyılın başlangıcında Amerikan

gökbilimci Henrietta Swan Leavitt uzak yıldızların mesafelerini

ölçmenin bir yolunu buldu. Bu dönemde kadın gökbilimcilerin

büyük teleskoplara erişimi engelleniyordu, onlar genelde

fotoğraflarla ilgili baskıları incelemek gibi külfetli görevler için

kullanılıyorlardı. Henrietta Leavitt, Cepheid adında binlerce titreşen

yıldızı inceledi ve daha parlak olanların daha uzun titreşimlere sahip

olduğunu buldu. Bu bilgiyi kullanarak, Leavitt Cepheidlerin esas

parlaklığını ölçebiliyordu. Eğer sadece Cepheid yıldızlardan bir

tanesinin uzaklığı biliniyorsa, diğer Cepheidlerin mesafeleri

MOSSBAUER ETKİSİ

bulunabilir – ışığı ne kadar sönükse, yıldız o kadar uzaktır. Böylece

bugün halen kullanılmakta olan bir kozmik metre, (standart candle)

ortaya çıktı.

Şekil 8 Sabit parlaklıkta standart bir ışık kaynağı yıldızların

mesafelerini ölçmek için gereklidir.

Gökbilimciler Cedpheidlerden yararlanarak, Saman Yolunun

evrende birçok galaksiden sadece biri olduğu sonucuna vardılar.

1920’lerde gökbilimciler, Kaliforniyadaki Wilson dağında bulunan

dünyanın en büyük teleskopu ile çalışmalara başladılar. Hemen

hemen bütün galaksilerin birbirinden uzaklaştığını buldular. Onlar

ışığın bizden uzaklaştığı zaman oluşan kırmızıya kaymayı

inceliyorlardı. Işığın dalga boyu uzuyordu, ve dalgaboyu ne kadar

uzun olursa, rengi o kadar kırmızıya kayıyordu. Sonuç olarak

galaksiler bizden ve birbirlerinden uzaklaşıyordu, ve daha uzakta

olanlar daha hızlı hareket ediyordu – bu Hubble’ın kanunu olarak

bilinir. Evren büyüyordu.

Kozmolojik Sabitin Gelişi ve Gidişi

Uzayda gözlemlenen şeyler teorik hesaplamalarca zaten ileri

sürülmüştür. 1915’de, Albert Einstein Evreni anlamamızın temeli

oluşturan Genel İzafiyet Teorisini yayınlamıştır. Teori Evrenin

büzüşeceğini ya da genişleyeceğini açıklıyor. Bu rahatsız edici

sonuca, durmadan uzaklaşan galaksilerin keşfinden yaklaşık on

sene önce ulaşılmıştır. Hatta Einstein bile Evrenin durağan olmadığı

MOSSBAUER ETKİSİ

gerçeğini kabul etmeyecektir. Bu yüzden, bu istenmeyen evrensel

genişlemeyi durdurmak için, evrensel sabit diye isimlendirdiği

formülüne bir sabit ekledi. Daha sonra, Einstein bu evrensel sabit

ilavesini büyük bir hata olarak görür. Bu senenin Nobel Ödülünü

kazanan 1997-1998’de yapılan gözlemlerle, biz - yanlış nedenlerle

eklenen - Einstein evrensel sabitinin aslında mükemmel olduğu

sonucuna varabiliriz. Genişleyen Evrenin bulunuşu, Evrenin

yaklaşık 14 milyar yıl önce Büyük Patlama ile meydana geldiği

görüşünün ilk adımdır. Uzay ve zaman patlama ile meydana

gelmiştir.

O zamandan beri, Evren, bir üzümlü kekin fırında kabarırken

üzümlerin birbirinden uzaklaşması gibi genişliyor, galaksiler

evrensel genişlemeden dolayı birbirinden uzaklaşıyorlar. Fakat

nereye doğru gidiyoruz?

Supernovalar – Evrenin Yeni Ölçümü

Einstein evrensel sabiti attıktan ve durağan olmayan evren fikrini

kabul ettiği zaman, evrenin geometrik şeklini onun kaderine bağladı.

O açık mı yoksa kapalı mı veya ikisinin arasında – düz bir evren mi?

Açık bir evren maddenin yerçekimi gücünün Evrenin genişlemesini

önleyecek kadar yeterince büyük olmadığı bir durumdur. Bütün

madde daha büyük, daha soğuk, ve daha boş bir uzaya dağılır.

Kapalı evrende, diğer yandan, yerçekimi gücü genişlemeyi

durdurabilecek ve hatta geri çevirebilecek yeterli güce sahiptir.

Böylece Evren sonunda genişlemeyi bırakır ve sıcak ve şiddetli bir

sonla içe çöker, bir Büyük Çöküş. Çoğu evrenbilimci, aslında, daha

basit ve matematiksel güzellikte olan: genişlemenin gerilediğine

inanılan düz bir Evrende yaşamayı tercih eder. Evren bu yüzden ne

ateş nede buz biçiminde sona erecektir. Fakat başka bir seçenek

yoktur. Eğer bir evrensel sabit varsa, evren düz olsa bile, genişleme

hızlanmaya devam edecektir. Bu yılın Nobel ödülünde bilim

adamları aslında evrensel yavaşlamayı veya evrenin genişlemesinin

yavaşlamasını ölçmeyi umut etmişlerdi. Onların yöntemi altmış

MOSSBAUER ETKİSİ

seneden daha fazla öncesinde gökbilimciler tarafından kullanılan

metotla prensipte aynı idi: uzaktaki yıldızları konumlandırmak ve

nasıl hareket ettiklerini ölçmek. Fakat bunu söylemek yapmaktan

daha kolaydır. Henrietta Leavitten beri Cepheidlerin biri diğerinden

daha uzakta olduğu anlaşılmıştır. Fakat gökbilimcilerin görebileceği,

milyarlarca ışık yılı uzaklıktaki, Cepheidler artık görülemiyor. Bu

yüzden Evrensel metrenin genişletilmesi gerekiyor. Supernovalar -

yıldız patlamaları- yeni standart mumlar olmuştur. Daha güçlü

bilgisayarlar gibi yerde ve gökte daha teşekküllü teleskoplar

1990’larda evrensel soruna daha çok parçaları ekleme olasılığını

açmıştır. 2009 da Fizik Nobel Ödülü kazanan Willard Boyle ve

George Smith in buluşu ışığa duyarlı dijital görüntü algılayıcıları –

yükten bağlaşımlı aygıt – önemliydi.

Beyaz Cüce Yıldızlar Patlıyor

Gökbilimcilerin malzeme kutusundaki en yeni alet, Ia tipinde

supernovadır, özel bir çeşit yıldız patlamasıdır. Birkaç hafta

boyunca, böyle bir supernova tüm bir galaksinin yaydığı kadar ışık

yayabilir. Bu tür supervona güneş kadar ağır fakat dünya kadar

küçük – bir beyaz cüce – olan oldukça yoğun eski bir yıldızın

patlamasıdır. Patlama beyaz cücenin yaşam döngüsünde son

adımdır. Hidrojen ve helyumun hepsi nükleer reaksiyonla

yandığında, çekirdeğinde hiçbir enerji kalmadığı zaman Beyaz

cüceler oluşur. Sadece karbon ve oksijen kalır. Aynı şekilde, uzak

gelecekte, güneşimiz sona yaklaştığında bir beyaz cüce olarak

solacak ve soğuyacak. Daha çok heyecanlı bir son oldukça yaygın

olan iki yıldız sisteminin parçası olan bir beyaz cüceyi bekliyor. Bu

durumda beyaz cücenin güçlü yerçekimi komşu yıldızın gazını çeker.

Gerçektende, beyaz cüce güneş kütlesinin 1.4 katına ulaştığında, o

artık birarada duramaz. Bu olduğu zaman, cücenin içi kontrolsüz

nükleer fusion reaksiyonu başlatması için yeter derecede ısınır ve

yıldız saniyeler içinde patlar.

MOSSBAUER ETKİSİ

Şekil 9 Süpernova patlaması.

Beyaz cüce yerçekimini kullanarak komşusundan gaz çalar. Beyaz

cüce güneş kütlesinin 1.4 katına ulaştığı zaman, bu Ia süpernovası

gibi patlar.

Nükleer füzyon elemanları patlamadan sonra birkaç hafta boyunca

hızla artan güçlü bir radyasyon, devam eden aylarda azalan bir

radyasyon salar. Böylece bu araştırma için şiddetli patlamaları kısa

süren bir supernova bulmak önemli olmuştur. Görünebilir evrende,

yaklaşık 10 çeşit Ia süpernovaları her dakikada meydana

gelmektedir. Fakat Evren çok büyüktür. Tipik bir galakside bin yılda

bir sadece bir veya iki süpernova patlaması olur. Eylül 2011 de, bir

çift normal dürbünle de görülebilen, Büyükayı takımyıldızı

yakınındaki bir galakside böyle bir süpernova patlaması gözlendi.

Fakat çoğu süpernova daha çok uzakta ve bu yüzden daha

solukturlar.

Şaşırtıcı Bir Sonuç

Yarışan iki araştırma ekibi, uzaktaki süpernovalar için gökyüzünü

taramak zorunda olduklarını biliyorlardı. Sır, başparmak tırnağı

boyutlarına denk gelen uzayın iki aynı küçük parçasının

görüntüsünü mukayese etmekti. İlk görüntü yeniaydan hemen

sonra, ay ışığının yıldız ışığını bastırmadan önce, ikinci görüntü ise

üç hafta sonra, dolunaydan hemen önce alınmalıdır. Ondan sonra

bu iki görüntü uzakta bir galakside süpernovanın işareti olan – CCD

görüntüsünde diğerleri arasında bir piksel –küçük bir nokta ışığı

keşfetme ümidi ile mukayese edilebilir. Yöresel bükülmeleri yok

MOSSBAUER ETKİSİ

etmek için sadece görülen evrenin üçte birinden daha uzak

süpernovalar kullanıldı. Araştırmacılar üstesinden gelinecek birçok

sorunla karşı karşıya idiler. Ia tipi süpernovalar ilk defa görüldüğü

gibi o kadar çok güvenilir değildirler – daha parlak patlamalar daha

yavaş solarlar. Daha ötesi, süpernovaların ışığı onların bulundukları

galaksinin fon ışığından çıkartılmalıdır. Diğer önemli bir görev doğru

parlaklığı elde etmektir. Galaksiler arası toz, bize ulaşan yıldız ışığını

değiştirir. Bu, süpernovanın en yüksek parlaklığını hesaplarken

sonuçları etkiler.

Süpernovaları takip etmek sadece bilim ve teknolojinin değil ayrıca

onların alt dallarının da sınırlarını zorlamaktadır. İlk olarak, doğru

tür bir süpernova bulunmalıdır. İkincisi, onun kızıla kayması ve

parlaklığı ölçülmelidir. Bilinen mesafelerde aynı türdeki diğer

süpernovalarla karşılaştırabilmek için onun ışık eğrisi zamana göre

analiz edilmeliydi. Bu, belli bir yıldızın gözlem için önemli bir aday

olup olmadığına hızlıca karar verebilecek bir grup bilim adamının

ortak çalışmasını gerektiriyordu. Onlar, aylarca süren bir çalışma

içine girmiş, teleskopları sırayla ve kısa süreli kullanmak

durumunda olmuşlardır. Onlar hızlı hareket etmeliydiler çünkü bir

süpernova çok çabuk söner. Ara sıra, yarış içinde olan bu iki

araştırma gurubu uygun bir şekilde birbirlerinin yollarından

geçmişlerdir.

MOSSBAUER ETKİSİ

Şekil 127 Süpernova 1995ar.

Üç hafta arayla çekilen gökyüzünün aynı iki ufak parçasının

görüntüsü. İkinci görüntüde, küçük bir ışık noktası keşfedildi! Bu

noktanın ışık eğrisi dikkatli gözlemlerden sonra Ia tipi bir süpernova

olduğu anlaşıldı. Ia süpernova bir galaksi kadar çok ışık yayabilir.

Işık eğimi bütün Ia süpernova tipleri için aynıdır. Çoğu ışık ilk birkaç

hafta boyunca yayılır ( sağ alttaki diyagram ).

Sonuçta bilimadamları ışığı beklenenden zayıf 50 tane kadar uzak

süpernovalar buldular. Bu düşündüklerinden farklı bir şeydi. Eğer

evrensel genişleme hız kaybediyorsa, süpernovalar daha parlak

görünmeliydi. Bununla birlikte, süpernovalar galaksilerinin içinde

gittikçe hızlı bir şekilde uzaklaşıyor ve gittikçe soluyorlardı. Hayret

verici bir sonuç evrenin genişlemesi yavaşlamıyordu – aksine,

hızlanıyordu.

MOSSBAUER ETKİSİ

Buradan Sonsuzluğa

O zaman Evreni hızlandıran şey nedir? Kimsenin henüz çözemediği

bir bilmece, fizik için bir sorun. Ona kara enerji diyorlar. Çeşitli

fikirler öne sürüldü. En basiti Einstein’ın evrensel sabitini tekrar

uygulamaktır. Einstein o zaman evrensel sabiti maddenin yerçekimi

gücüne karşı koyacak, yerçekimine zıt bir güç olarak durağan bir

evren yaratmak için ilave etmişti. Bugün ise aksine olarak evrensel

sabit, evrenin genişlemesini hızlandırdığı görülüyor. Evrensel sabit,

şüphesiz ki, sabittir ve öyle ki zaman içinde değişmez. Milyarlarca

yıldır evrenin genişlemesinden dolayı madde ve yerçekimi kuvveti

gittikçe seyrekleştiğinden artık karanlık enerji egemen olmuştur.

Bilim adamlarına göre, bu evrensel sabitin evrenin tarihinde niye bu

kadar geç, sadece beş veya altı milyar yıl önce, sahneye çıktığını

açıklar. Yaklaşık olarak bu zamanda, maddenin yerçekimi gücü

evrensel sabite oranla yeterince zayıflamıştır. O zamana kadar,

evrenin genişlemesi yavaşlıyordu.

Söz konusu Evrensel sabitin kaynağı vakum da olabilir, boş uzay,

kuantum fiziğine göre, uzay asla tamamen boş değildir. Bunun

yerine, bu vakum, maddenin sanal parçacıkların ve antimaddenin

kısa süreli yaratılıp yok olduğu kaynayan bir kuantum çorbasıdır.

Bununla birlikte, karanlık enerjinin tahmin edilen miktarı, 10120 kez

daha büyük olan, uzayda ölçülmüş miktarla uyuşmuyor. Bu, hala

teori ve gözlem arasında çok büyük ve açıklanamayan bir boşluğu

oluşturuyor – dünyanın bütün plajlarında 1020 civarında kum

taneciği vardır. Bunun anlamı kara enerjinin sabit olmadığıdır. Belki

de o zaman içinde değişmektedir. Belki de bilinmeyen bir güç alanı

ara sıra kara enerji üretiyor. Fizikte quintessence isminde, Yunanca

beşinci element adı, geçen bu tür birçok güç alanları vardır.

Quintessence evreni hızlandırabilir, fakat bazen. Bu Evrenin

kaderini tahmin etmemizi imkansızlaştırır. Kara enerji her ne ise

burada kalacağı görülüyor. Bu fizikçilerin ve gök bilimcilerin uzun

MOSSBAUER ETKİSİ

süredir çalıştığı evrensel bilmeceye çok iyi bir biçimde uyar.

Günümüz fikir birliğine göre, Evrenin üç çeyreği kara enerji ile

doludur. Kalanı ise maddedir. Fakat galaksilerin, yıldızların,

insanların, ve çiçeklerin oluşturduğu normal madde Evrenin sadece

yüzde beşidir. Kalan madde kara madde olarak adlandırılır ve

şimdiye kadar bizden saklanmıştır. Kara madde bilinmeyen büyük

kainatta başka bir bilmecedir. Kara enerji gibi, kara madde

görülemez. Bu yüzden Fizik dalında 2011 Nobel ödüllülerinin

bulguları Evrenin % 95’inin bilim tarafından açıklanamadığını

ortaya çıkarmaya yardım etmiştir.

Şekil 128 Keşif. Evrenin genişlemesinin hızlanması.

Şekilde Science dergisinin 1998 aralık baskısı görülmektedir.

Evrenin genişlemesinin hızlanması “Senenin buluşu” olarak ileri

sürülmüştür. Kapakta, Albert Einstein evrenbilimin ön safına tekrar

geri dönen evrensel sabitine gözünü dikiyor. Kaynak: John

Kascht/Science,18 December1998, Vol. 282, No. 5397.

MOSSBAUER ETKİSİ

Şekil 129 Evren. Kara enerji ve kara madde

Keşfin önemi Evrenin dörtte üçünün kara enerji adında bilinmeyen

bir enerji türü olduğudur. Aynı şekilde bilinmeyen kara madde ile

birlikte kara enerji Evrenin % 95 ini oluşturur. Sadece kalan %5’i

galaksileri, yıldızları, çiçekleri ve insanları oluşturan normal

maddedir.

MOSSBAUER ETKİSİ

2012- SERGE HAROCHE, DAVID J. WINELAND

Ülke : Fransa, ABD

Nobel Ödülü Konusu: "Tekil kuantum

sistemlerinin manipülasyonu ve ölçülmesini

sağlayan, çı ğır açan nitelikteki deneysel

yöntemlerinden dolayı"

Kuantum Dünyasında Parçacıkların Kontrolu

Serge Haroche ve David J. Wineland, daha önce yapılması olanaksız

zannedilen, kuantum mekaniksel davranış içinde olan parçacıkların

ölçülmesi ve kontrol edilmesi konusunda birbirlerinden bağımsız

olarak, çığır açan yöntemler buldular.

Horoche ve Wineland kuantum mekaniksel bir sistemin

davranışlarını bozmadan direkt olarak gözlenebildiğini göstererek

kuantum fiziğinde yeni bir deney çağının kapısını açmışlardır. Onlar

Dahiyane kurgulanmış deney yöntemleri sayesinde çok hassas

kuantum durumlarını ölçtüler ve kontrol ettiler. Bu sayede kuantum

fiziğine dayalı süper hızlı bilgisayarları yapma yolunda ilk adımları

atmış oldular. Ayrıca, bugünün Sezyum (caesium) saatlerinden yüz

kat daha hassas, geleceğin yeni bir standart zamanı olabilecek

saatlerin yapımına öncülük ettiler.

Işığın ve maddenin yalnız bir parçacığı için, klasik fizik kanunları

geçersiz olur, yerini kuantum fiziği alır. Parçacıklar kendilerini

çevreleyen ortamdan kolayca soyutlanamazlar ve onlar dış dünya ile

etkileşir etkileşmez gizemli kuantum özelliklerini kaybederler.

Bunun sonucunda kuantum mekanikçe tahmin edilen birçok

görünürde tuhaf olaylar direkt olarak gözlenemez. Araştırmacılar bu

tuhaf olayları temelde ortaya koyan ancak ‘düşünce deneyleri’

yapabilirler.

Her iki bilimadamı 1980’lerden beri dikkate değer bir gelişme

gösteren bir alan olan ışık ve madde arasında temel etkileşimi

inceleyen kuantum optiği alanında çalışmıştır. Onların

MOSSBAUER ETKİSİ

yöntemlerinde birçok ortak nokta vardır. David Wineland elektrik

yüklü atomları (iyonları) kapan içine hapsederek (trap) onları

fotonlarla kontrol etmiş ve ölçümler yapmıştır. Serge Haroche ise zıt

bir yaklaşımı ele alır: O kapan içine atomları göndererek hapsedilmiş

fotonları kontrol etmiş ve ölçmüştür.

Kapan İçindeki Bir İyonu Kontrol Etme

David Wineland’ın Colorado Boulder’da ki laboratuarında iyonlar,

onları çevreleyen elektrik alanları ile kontrol edilerek, bir kapan

içerisinde hapsedebilmiştir. Deneyler vakum ortamında ve çok

düşük sıcaklıkta yapılarak iyonlar, çevrelerindeki sıcaklık ve

radyasyondan izole edilebilmiştir. Wineland’ın bu buluşunun

arkasındaki sırlardan birisi lazer ışınlarını kullanması ve lazer

darbelerinin (pulse) yaratılmasındaki ustalığıdır. Lazer kullanılarak,

iyon en düşük enerji seviyesinde tutulur ve bu sayede iyonun termal

hareketleri bastırılır ve kapandaki iyon üzerinde kuantum

olaylarının incelenmesi mümkün olur.

Şekil 129 Nobel ödülü parçacıkların yönlendirilmesine verildi.

Ödüllüler kapana kısılmış tek tek parçacıkların kuantum fiziğinin

kurallarına göre davranmasının üstesinden geldiler.

Dikkatlice ayarlanmış bir lazer darbesi iyonu superpozisyon (üst

üste binmiş) durumda tutar,

MOSSBAUER ETKİSİ

yani iki farklı durumun aynı anda birlikte var olması. Örneğin, iyon

aynı anda iki farklı enerji seviyesinde bulunmak üzere hazırlanabilir.

Şekil 129 Kolorado Boulder daki David Winelandın laboratuarında

elektrik yüklü atomlar ve iyonlar elektrik alanları ile çevreleyerek

bir ayrıştırıcı içinde muhafaza edilir. Winelandın buluşunun

ardındaki sırlardan birisi lazer ışınlarının kullanılması ve lazer

sinyallerinin yaratılması sanatının inceliğidir. Bir lazer, iyonu en

düşük enerji durumuna koymak için kullanılır ve böylece

hapsedilmiş iyonla kuantum olayının incelenmesini sağlar.

İyon en düşük enerji seviyesinden başlar, lazer darbesi, iyonu sadece

bir üst enerji seviyesinin yarıyoluna kadar dürter, böylece iyon iki

seviye arasında kalır, enerji seviyelerinin bir superpozisyonunda, her

iki enerji seviyesinden birine eşit gitme olasılığı vardır, Bu yolla bir

iyonun enerji seviyelerinin bir kuantum superpozisyonu

incelenebilir.

MOSSBAUER ETKİSİ

Kapan İçindeki Bir Fotonun Kontrolü

Serge Haroche ve onun araştırma gurubu kuantum dünyasının

gizemlerini ortaya çıkarmak için değişik bir yöntem ortaya

koymuştur. Paristeki laboratuarlarında mikrodalga fotonları,

yaklaşık üç santimetre aralıklı, iki ayna arasındaki boşlukta ileri geri

yansır. Aynalar süper iletken bir maddeden yapılmıştır ve yaklaşık

olarak mutlak sıfır derecesinin biraz üstüne kadar soğutulur. Bu

süper iletken aynalar dünyanın en parlak aynalarıdır. Bunlar o

kadar yansıtıcılardır ki tek bir foton kaybolmadan veya

sönümlemeden önce yaklaşık olarak saniyenin onda biri kadar

boşluk içinde ileri geri yansıyabilir. Bu rekor uzun yaşam süreci bir

fotonun yaklaşık olarak dünya etrafında dolaşmasına eşdeğer

(40.000 km) olduğu anlamına gelir. Fotonun uzun yaşam süreci

esnasında, bir çok kuantum uygulamaları kapana kıstırılmış fotonla

yerine getirilebilir. Haroche kavitedeki (boşluk-cavity) mikrodalga

fotonları hem ölçmek ve hem de kontrol etmek için Rydberg atomları

(İsveçli fizikçi Johannes Rydberg adının verildiği) adında özellikle

hazırlanmış atomları kullanır. Bir Rydberg atomu, tipik bir atomdan

yaklaşık olarak 1000 kat daha büyük olup 125 nanometre yarıçapa

sahiptir. Bu kocaman simit biçimindeki Rydberg atomları

mikrodalga fotonla kontrollü bir etkileşim gerçekleştirmek için

dikkatle seçilmiş bir hızda sırayla kaviteye gönderilirler. Rydberg

atomları mikrodalga fotonu geride bırakarak kaviteyi kat eder ve

öbür taraftan çıkar. Fakat fotonla atom arasındaki etkileşim atomun

kuantum durumunun fazında bir değişiklik meydana getirir: eğer

atomun kuantum durumunu bir dalga olarak düşünüyorsanız,

dalganın tepeleri ve çukurların yeri değişir. Bu faz değişimi atom

kavite içinde olduğu zaman ölçülebilir, böylece kavite içindeki

fotonun varlığını veya yokluğunu ortaya çıkarır. Fotonun

yokluğunda faz değişimi olmaz. Haroche bu sayede tek bir fotonu

onu tahrip etmeden ölçebilimiştir.

MOSSBAUER ETKİSİ

Şekil 132 In the Serge Haroche laboratory in Paris, in vacuum and

at a temperature of almost absolute zero, the microwave photons

bounce back and forth inside a small cavity between two mirrors.

The mirrors are so reflective that a single photon stays for more

than a tenth of a second before it is lost. During its long life time,

many quantum manipulations can be performed with the trapped

photon without destroying it.

Benzer bir yöntemle Haroche ve onun gurubu, bir çocuğun bir

kaptaki misketleri saydığı gibi, boşluk içindeki fotonları

sayabiliyorlardı. Bu kolaymış gibi görülüyor fakat gerçekte aşırı

derecede ustalık ve beceri gerektiriyor, çünkü fotonlar, normal

misketlere benzemez, dış dünya ile temas ettiğinde hemen tahrip

olurlar. Onun foton sayma yöntemlerine ilaveten, Haroche ve

meslektaşları gerçek zamanda, adım adım, bir tek kuantum

durumunun değişimini izlemek için yöntemler bulmuşlardır.

Kuantum Mekaniğinin Çelişkileri

Kuantum mekaniği bize çıplak gözle göremediğimiz mikroskobik bir

dünyayı tarif eder. Bu dünyada olaylar makroskopik, klasik

MOSSBAUER ETKİSİ

dünyadaki fiziksel fenomenlere ait beklentilerimize ve

deneyimlerimize aykırı bir şekilde ceryan eder.

Kuantum dünyasında fizik özünde olan kendine has bazı belirsizliğe

veya rastgeleliğe sahiptir. Bu aykırı davranışın bir örneği kuantum

parçacığının aynı anda değişik durumlarda olabildiği süperpozisyon

durumudur. Biz bir misketin aynı anda hem burada hem de orada

olabileceğini normalde düşünmeyiz, fakat eğer bu kuantum misketi

olsaydı bu olay mümkün olurdu. Bu misketin süperpozisyon

durumu, eğer biz onun tam olarak nerde olduğunu ölçersek, tam

olarak misketin burada veya orada olma olasılığını bize söyler. Neden

biz dünyamızın bu acayip özelliklerinden hiç haberdar değiliz? Niçin

günlük yaşamımızda kuantum misketinin superpozisyon

durumlarını gözleyemiyoruz? Avusturyalı fizikçi ve Nobel Ödüllü

Erwin Schrödinger (Fizik 1933) bu soruya cevap vermek için çok

savaşmıştır. Birçok diğer kuantum teorisi savunucuları gibi, o

bunun olası sonuçlarını anlamaya ve yorumlamaya çalışmıştır. 1952

de, şu şekilde yazmıştır: “ Biz asla tek bir elektron veya atomla veya

(küçük) molekülle deney yapmayız. Düşünce deneylerinde bazen

yaptığımızı kabul ederiz; bu her durumda saçma sonuçları

doğurur….”. Kuantum fiziğin küçük dünyası ve bizim günlük

dünyamız arasındaki hareketin uyumsuz sonuçlarını göstermek

için, Schrödinger bir kedi ile bir düşünce deneyini açıklamıştır:

Schrödinger’in kedisi bir kutu içinde dış dünyadan tamamen tecrit

edilmiştir. Kutu ayrıca bir şişe ölümcül siyanür içerir. Siyanür şişe

içindeki bir kısım radyoaktif atomun bozunmasından sonra

salıverilmektedir. Radyoaktif bozunma radyoaktif maddenin hem

bozunmuş hem de henüz bozunmamış süperpozisyon durumunda

bulunmaktadır, buna göre, radyoaktif bozunum kuantum

mekaniğinin kanunları tarafından yönetilir. Bu yüzden kedi ayrıca

hem ölü hem de canlı süperpozisyon durumunda olmak zorundadır.

Şimdi, eğer kutunun içine bakarsanız, kediyi öldürme riski vardır

çünkü kuantum süperpozisyonu çevresi ile etkileşime o kadar çok

MOSSBAUER ETKİSİ

hassastır ki kedinin en küçük bir gözlenme denemesi iki olası

sonuçtan –ölü veya diri – birisi olan ‘kedi durumu’ ile

sonuçlanacaktır. Schrödingerin görüşünde bu düşünce deneyi

saçma bir sonuca götürür. Schrödinger’in daha sonra kuantum

konusunda karışıklığa katkıda bulunduğu için özür dilemeye

çalıştığı söylenir. 2012’nin her iki Nobel Ödüllü bilim adamı kedinin

dış dünya ile iletişime girdiği zaman kuantum-kedi durumunu

saptayabilmişlerdir. Onlar yaratıcı deneyler tasarlamış ve ölçme

işleminin aslında nasıl kuantum durumunun çöktüğünü ve

süperpozisyon durumunu kaybettiğini detaylı bir şekilde göstermeyi

başarmışlardır.

Şekil 133 Schrödingerin kedisi. 1935 de Avusturyalı fizikçi ve Nobel

Ödüllü Erwin Schrödinger kuantum fiziğin mikro dünyası ve günlük

makro dünyası arasında hareketin saçma sonuçlarını göstermek

için bir kutu içinde bir kedi ile bir düşünce deneyini göstermiştir.

Mikro dünyanın bir kuantum sistemi, parçacıkları, atomları ve diğer

parçaları, fizikçilerin adlandırdığı süperpozisyon durumları, aynı

anda iki durumda olabilir. Schrödingerin düşünce deneyinde

kutudaki kedi bir süperpozisyon durumundadır, ve bu yüzden hem

ölü hem de canlıdır. Şimdi, kutuya bakacak olursanız, kediyi ölme

MOSSBAUER ETKİSİ

riskine atarsınız çünkü kuantum süperpozisyon çevreyle etkileşimi o

kadar çok hassastır ki gözlem için en küçük bir deneme kediyi

hemen ‘kedi durumunu iki olası sonuçtan birine – ölü veya diri – ‘

çökertebilir’.

Schrödingerin kedisi yerine, Haroche ve Wineland kuantum

parçacıklarını hapseder ve onları kedi-gibi süperpozisyon durumuna

sokarlar. Bu kuantum nesneleri bir kedi gibi gerçekten makroskopik

ölçekli değillerdir, fakat bunlar yine de kuantum standartlarına göre

oldukça büyüktür. Harochenin kavitesinin içindeki mikro dalga

fotonlar, aynı anda hem saat yönünde hem de zıt yönde dönen ibreli

bir kronometre gibi, aynı anda zıt durumlarla kedi-benzer

durumlara soktular. Kavite içindeki mikrodalga alan Rydberg

atomları ile yoklanır, sonuç dolanıklık olarak adlandırılan başka bir

anlaşılmayan kuantum etkisidir. Dolanıklık Erwin Schrödinger

tarafından da tanımlanmıştır. Aralarında direk bir iletişim

olmamasına rağmen iki veya daha fazla kuantum parçacığının

birbirlerinin özelliklerini öğrenebilmesi ve etkileyebilmesi olayıdır.

Mikrodalga alanının ve Rydberg atomlarının dolanıklığı Haroche’ye

kavite içindeki kedi-benzer kuantum durumlarını (ölüm ve yaşam)

saptamaya müsaade etti. Haroche kuantum süperpozisyon

durumlarını atom atom, adım adım takip ederek, iyi-tanımlanmış

klasik fiziğin durumuna geçişini belirlemiştir.

Yeni Bir Bilgisayar Devriminin Eşiğinde

Birçok bilim adamının hayal ettiği, iyon kapanının olası bir

uygulamasının kuantum bilgisayarı olabileceğidir. Günümüz klasik

bilgisayarlarında, bilginin en küçük bölümü ya 1 veya 0 değerini

alan bir parçadır. Bir kuantum bilgisayarında ise bilginin ana

bölümü – bir kuantum parçası veya qubit – aynı anda 1 ve 0 olabilir.

İki kuantum parçası aynı anda dört değer – 00, 01, 10, 11 alabilir ve

her ilave qubit olası durumlarım miktarını ikiye katlar. N kuantum

qubit için 2n olası durum vardır ve 300 qubitli bir kuantum

MOSSBAUER ETKİSİ

bilgisayarı, aynı anda 2300 değere sahip olabilir ve evrendeki atom

sayısından daha fazladır.

Wineland’ın grubu iki kuantum biti ile bir kuantum işlemi

gerçekleştiren dünyada ilk gruptu. Kontrol işlemlerini birkaç qubitle

başarılmasından beri, daha çok qubitlerle bu tür işlemleri

başarmanın olası olabileceğine inanmamak için prensipte hiçbir

neden yoktur. Buna rağmen böyle bir kuantum bilgisayarını yapmak

pratikte çok zordur. Birbirine zıt iki gereksinimin yerine getirilmesi

gerekir: qubitler kuantum özelliklerinin bozulmaması için

çevrelerinden yeteri derecede izole edilmesi gerekir, aynı zamanda

hesaplama sonuçlarını vermek için de dış dünya ile iletişim halinde

olabilmek zorundadırlar. Belki de kuantum bilgisayarı bu yüzyılda

yapılmış olacaktır. Eğer öyle olursa, klasik bilgisayarın bu son

yüzyılda hayatımızı nasıl değiştirdi ise, bu yaşantımızı aynı şekilde

derinden değiştirecektir.

Yeni saatler

David Wineland ve onun araştırma grubu yukarıda anlatılanlara ek

olarak günümüzde zamanı ölçmek için bir standard olan saesyum’a

dayalı atomik saatlerden yüz kat daha hassas olan bir saat yapmak

için iyon kapanını kullandılar. Bütün saatleri bir standarda göre

ayarlayarak veya eşzamanlı yaparak hassas bir saat elde edilmiştir.

Saesyum saatleri mikrodalga aralığında çalışır halbuki Wineland’ın

iyon saatleri görülebilen ışık kullanır – bu yüzden bunlara: optik saat

denmiştir. Bir optik saat sadece bir iyon veya bir kapanda iki

iyondan oluşur. İki iyonla, biri saat olarak diğeri de onu durumunu

tahrip etmeden veya bir tik kaçırmaya neden olmadan saati okumak

için kullanılır. Bir optik saatin hassasiyeti 1017 civarındadır, bunun

anlamı eğer yaklaşık 14 milyar yıl önce Big Bang ile evrenin

başlangıcında biri zamanı ölçmeye başladıysa, optik saat bugün

yaklaşık beş saniye hata verirdi. Zamanı böyle bir hassasiyetle

ölçmek, zaman akışındaki değişikler, yerçekimindeki anlık

değişikler, uzay-zamanının yapısı gibi bazı doğanın çok ince ve güzel

MOSSBAUER ETKİSİ

olayları gözlenebilirdi. Einstein’ın görecelik teorisine göre, zaman

hareket ve yerçekimi tarafından etkilenir. Hız ne kadar yüksek ve

yerçekimi ne kadar güçlü olursa, zamanın akışı o kadar yavaş olur.

Biz bu etkilerin farkında olmayabiliriz, fakat bunlar aslında günlük

yaşantımızın bir parçası olmuştur. Biz GPS ile navigasyon yaparken

uydulardan gelen ve düzenli olarak ayarlanan zaman bilgisi

sinyallerini kullanırız, çünkü yerçekimi uzayda yüzlerce kilometre

yukarda zayıftır ve zaman orda farklı akar. Bir optik saat ile hızı

saniyede 10 metreden daha az bir hız farklılığın veya 30 santimetre

yükseklik farkının yerçekiminde meydana getirdiği farklılığın

yarattığı zaman akışındaki değişimi ölçmek mümkündür.

MOSSBAUER ETKİSİ

2013- FRANÇOIS ENGLERT, PETER HIGGS

Ülke : Belçika İngiltere

Nobel Ödülü Konusu: "A tomaltı parçacıkların

kütlesinin kökenin e dair anlayı şımıza katkıda

bulunan ve yakın zamanda CERN'in Büyük Hadron

Çarpı ştırıcısı'nda ATLAS ve CMS deneyleri ile

tahmin edilen temel parçacı ğın keşfedilmesiyle

teyit edilen mekanizmanın teorik ke şfinden

dolayı"

Higgs parçacığı: Sonunda burada!

François Englert ve Peter W. Higgs, parçacıkların nasıl kütle

kazandıklarına dair teorileri için 2013 yılında fizik dalında Nobel

ödülünü birlikte kazanmışlardır. Onlar 1964’de birbirinden bağımsız

olarak bu teoriyi ileri sürmüşlerdir (Englert ve şimdi ölmüş olan

meslektaşı Robert Brout ile birlikte). Fikirleri, Higgs parçacığının

2012 yılında İsviçre-Cenevre yakınlarındaki CERN laboratuarında

keşf edilmesi ile onaylanmıştır.

Şekil 10 Higgs parçacığı, H evrenin yapı taşlarını tanımlayan

parçacık fiziğinin Standard Modelini tamamlar.

Ödüllendirilen mekanizma, evrenin nasıl oluştuğunu tanımlayan

parçacık fiziğinin Standard Modelinin merkez parçacığıdır. Standard

Modele göre, her şey, çiçekler ve insanlardan yıldızlar ve gezegenlere

MOSSBAUER ETKİSİ

kadar, sadece birkaç yapı taşından meydana gelmiştir: madde

parçacıkları. Bu parçacıklar kuvvetler tarafından yönetilirler,

kuvvetler ise kuvvet taşıyıcı parçacıklar aracılığı ile madde ile

etkileşirler. Tüm Standard Model özel bir tür parçacığın: Higgs

parçacığı, varlığına dayanır. O bütün uzayı dolduran görülmeyen bir

alanla ilişkilidir. Hatta uzay bize bomboş göründüğü zaman bile, bu

alan ordadır. Orda olmasaydı, elektronlar ve tanecikler (quarks) ışık

parçacığı fotonlar gibi kütlesiz olurlardı. Fotonlar gibi, atomlar veya

moleküller de, uzayda ışık hızında hızlı bir şekilde hareket

edebilecek ve hiçbir şey, hatta kendimiz, var olamayacaktık. Bu teori

Standard Modeli artık geçersiz olmaktan kurtarmıştır.

Düzen Yaratan Model

Sadece birkaç yapı taşından oluşan evren fikri çok eskidir. M.Ö. 400

yılında bile, filozof Democritus her şeyin atomlardan oluştuğunu öne

sürmüştür – Yunanca da átomos bölünemez anlamına gelir. Bugün

atomların bölünemez olmadığını biliyoruz. Onlar nötron ve

protonların oluşturduğu atomik bir çekirdeği yörüngeleyen

elektronlardan oluşur. Ve nötron ve protonlar da quark adında daha

küçük parçacıklardan oluşur. Aslında, sadece elektronlar ve

quarklar Standard Modele göre bölünemezler. Atomik çekirdek iki

tür quarklardan oluşur bunlar - üst quarklar ve alt quarklar.

Böylece aslında bütün maddelerin var olması için üç temel parçacığa

ihtiyaç vardır: elektronlar, üst quarklar ve alt quarklar. Fakat 1950

ve 1960 yıllarında, yeni parçacıklar hem kozmik radyasyonda hem

de yeni yapılmış hızlandırıcılarda beklenmedik bir şekilde

görülmüştü. Bu yüzden Standart Model bu yeni elektron ve quark

kardeşleri dahil etmek zorundaydı.

Madde parçacıkları yanı sıra, doğanın dört kuvvetinin – yerçekimi,

elektromanyetizma, zayıf kuvvet ve güçlü kuvvet – her biri için

kuvvet parçacıkları vardır. Yerçekimi ve elektro manyetizma en çok

bilinenleridir., bunlar çeker veya uzaklaştırır, ve biz bunların etkisini

gözlerimizle görebiliriz. Güçlü kuvvet quarklara göre hareket eder ve

MOSSBAUER ETKİSİ

çekirdekte protonları ve nötronları bir arada tutar, halbuki zayıf

kuvvet güneşin içindeki nükleer süreç için gerekli olan radyoaktif

bozunma için gereklidir. Parçacık fiziğinin Standard Modeli doğanın

temel yapı taşlarını ve dört kuvvetten üçünü (dördüncüsü olan

yerçekimi kuvveti modelin dışında kalmaktadır) birleştirir Uzun

süredir bu kuvvetlerin gerçekten nasıl çalıştığı bir muamma idi.

Örneğin, mıknatısa çekilen bir metal parçası az ilerde duran

mıknatısı nasıl biliyor? Ve Ay Dünyanın yerçekimi kuvvetini nasıl

hissediyor?

Uzayı Dolduran Görünmeyen Alanlar

Fizik tarafından ileri sürülen açıklama uzayın gözle görülmeyen

alanlarla dolu olduğudur. Yer çekim alanı, elektromanyetik alan,

kuark alanı ve bütün diğer alanlar uzayı veya daha ziyade, dört

boyutlu uzay-zamanı doldururlar, bu teorinin bittiği soyut bir

uzaydır. Standart model alanların ve parçacıkların evrenin temel

yapı taşları olduğu bir kuantum alan teorisidir. Kuantum fiziğinde,

her şey kuantum alanlarında titreşimlerin bir kolleksiyonu olarak

görülür. “Quanta” olarak adlandırılan bu titreşimler bize parçacık

olarak görülür ve küçük paketler halinde alan boyunca taşınırlar.

İki tür alan mevcuttur: madde parçacıkları olan madde alanları ve

kuvvet parçacıkları olan kuvvet alanları – kuvvet aracıları, Higgs

parçacığı da Higgs alanının bir titreşimidir. Bu alan olmadan

Standard Model oyun kağıtlarından yapılan bir ev maketi gibi

çökebilir çünkü kuantum alan teorisi işlemlerde sonsuzluğu ve

görünemeyen simetri problemlerini içermektedir. François Englert,

Robert Brout, Peter Higgs ve daha sonraki bilim adamları, Higgs

alanının teoriyi ihlal etmeden, Standard Modelin simetrisini

bozabildiğini gösterdiler. Çünkü Standard Model ancak

parçacıkların kütlesinin sıfır kabul edilmesi ile doğru sonuçlar

vermekteydi. Elektromanyetik kuvvetin taşıyıcısı olan kütlesiz

fotonlar için bir problem yoktu. Zayıf kuvvetin ise üç tane taşıyıcı

ağır parçacığı vardı; iki tanesi elektrik yüklü W parçacıkları ve bir

MOSSBAUER ETKİSİ

tanesi Z parçacığı. Bu taşıyıcıların durumu hızlı ve kütlesiz fotonlar

ile uyuşmamaktaydı. Elektromanyetik ve zayıf kuvvetleri birleştiren

elektro zayıf kuvvet nasıl oluşturulabilirdi? Standard Model tehdit

altında idi. Bu; Englert, Brout ve Higgs’in Standard Modeli

kurtarmayı başaran, parçacıklara kütle kazandıran dahice

mekanizmaların ortaya çıkış noktasıdır.

Hayalete benzeyen Higgs alanı

Higgs alanı fizikte tanımlı diğer alanlara benzemez. Diğer bütün

alanların şiddeti değişir, en düşük enerji seviyelerinde sıfır olur.

Higgs alanı böyle değildir. Uzay tamamen boşaltılabilse bu boşluğu

reddeden hayalet benzeri bir alan doldurur, Higgs alanı. Biz bunun

farkına varmayız; Higgs alanı biz insanlara hava, balıklara su gibi

gelir. Onsuz var olamazdık, çünkü parçacıklar sadece Higgs alanı ile

etkileşimde bulundukları zaman kütle kazanırlar. Higgs alanı ile

etkileşmeyen parçacıklar kütle kazanmazlar, az etkileşimde

bulunanlar hafifleşir ve yoğun etkileşimde bulunanlar ağırlaşır.

Mesela alandan kütle kazanan elektronlar atomların ve molekülleri

yaratmada ve bir arada tutmada önemli bir rol oynar. Eğer Higgs

alanı birden kaybolursa, kütlesiz elektronlar ışık hızında birdenbire

dağılırken bütün madde çökecektir.

Higgs alanını bu kadar özel kılan nedir? O doğanın kendi simetrisini

bozar. Doğada, simetri çoktur; çiçekler ve kar taneleri çeşitli

geometrik simetriler gösterir. Fizik doğayı tanımlayan diğer tür

simetrileri ortaya koyar. Oldukça basit bir simetri örneği olarak; bir

laboratuar deneyinin Ankarada veya Mardinde yapılmış olmasının

sonuçları değiştirmeyeceğini söyleyebiliriz. Ayrıca deneyin ne zaman

yapıldığı da önemli değildir. Einstein’ın özel görecelik teorisi uzayda

ve zamanda simetrilerle uğraşır ve parçacık fiziğinin Standard

Modeli gibi daha birçok teoriye model olmuştur. Standard Modelin

denklemleri simetriktir; bir topa hangi açıdan bakarsanız bakın aynı

göründüğü gibi, hatta tanımlanan perspektif değişse bile Standard

MOSSBAUER ETKİSİ

Modelin denklemleri değişmez. Simetrinin prensipleri ayrıca başka

bir tür beklenmeyen sonuçlar doğurur. 1918 yılında, Alman

matematikçi Emmy Noether enerji korunumu ve elektrik yükü

korunumu kanunları gibi fiziğin korunum kanunlarının da

simetriden ortaya çıktığını göstermiştir. Simetri, buna rağmen, bazı

gereksinimlerin yerine getirilmesini emreder. Bir top mükemmel bir

şekilde yuvarlak olmalıdır; en küçük tümseklik simetriyi bozacaktır.

Denklemler için diğer kriterler söz konusudur. Ve Standard Modelin

simetrilerinden biri parçacıkların kütleye sahip olmalarını yasaklar.

Doğada, görünürde böyle bir şey yoktur, bu yüzden parçacıklar

kütlelelerini başka yerden almış olmalılar. İşte, ödül alan bu teori

simetrinin hem var olduğunu hem de gizlenmiş olduğunu

söylemektedir.

Simetri Gizlidir fakat Ordadır

Evrenimiz herhalde simetrik olarak meydana gelmiştir. Büyük

patlama esnasında, bütün parçacıklar kütlesizlerdi ve bütün

kuvvetler baştan beri var olan tek bir kuvvette birleşmiştiler. Bu

düzen artık yoktur – onun simetrisi bizden saklanmıştır. Büyük

patlamadan hemen 10 – 11 saniye sonra bir şey olmuştur. Higgs alanı

kendi orijinal dengesini kaybetmiştir. Bu nasıl olmuştur? Hepsi

simetrik olarak başlamıştı. Bu durum yuvarlak bir çanağın

ortasında duran en düşük enerji düzeyindeki bir topun pozisyonu

olarak tanımlanabilir. Bir itmeyle top dönmeye başlar, fakat belli bir

süre sonra top en alt noktaya geri döner. Buna rağmen, eğer çanağın

ortasında az çok bir tümsek varsa (Meksika şapkasına benzeyen)

ortadaki şekil yinede simetrik olacak fakat ek olarak artık dengesiz

(unstabil) de olmuştur. Top aşağı doğru herhangi bir yönde

yuvarlanır. Şapka hala simetriktir, fakat top bu kez aşağı

yuvarlandığında, onun merkezden uzaktaki pozisyonu artık

simetriyi gizleyecektir. Aynı şekilde Higgs alanı da simetrisini

bozmuştur ve simetrik sıfır pozisyonundan uzakta, vakumda dengeli

başka bir enerji seviyesi bulmuştur. Aynı anda oluşan bu simetri

MOSSBAUER ETKİSİ

bozulması Higgs alanının faz geçişi olarak da tanımlanır; bu suyun

buza dönüşme fazı gibidir.

Şekil 11 The universe was probably created symmetric, and the

invisible Higgs field had a symmetry that corresponds to the stable

position of a ball in the middle of a round bowl. But already 10–11

seconds after the Big Bang, the Higgs field broke the symmetry when

it moved its lowest level of energy away from the symmetrical centre-

point.

Faz geçişinin olması için, dört tane parçacık gerekliydi fakat sadece

biri, Higgs parçacığı kurtuldu. Diğer üçü zayıf kuvvet taşıyıcıları

tarafından kullanıldı, bunlardan ikisi elektrikle yüklü olan W

parçacıkları ve Z parçacığıdır, bunlar kendi kütlelerini kazandılar.

Bu yolla, Standart Modelde zayıf elektrik kuvvetinin simetrisi

korunmuştur – zayıf kuvvetin üç ağır parçağı ve elektromanyetik

kuvvetin kütlesiz fotonu arasındaki simetri korunur, bu sadece bize

görünür değildir, gizlenmiştir.

MOSSBAUER ETKİSİ

Olağanüstü Fizik İçin Olağanüstü Makineler

Nobel ödülü sahipleri muhtemelen teorilerinin henüz kendileri

hayattayken teyit olacağını hayal etmiyorlardı. Bu dünyanın her

tarafındaki fizikçilerin büyük çaba sarf etmelerini gerektirdi. Uzun

bir süre iki laboratuar – Amerika Şikago yakınındaki Fermilab ve

Fransa İsviçre sınırındaki CERN – Higgs parçacığını bulmak için

yarıştılar. Fakat birkaç sene önce Fermilab in Tevatron hızlandırıcısı

kapandığı zaman Higgs parçacığını bulma gayretlerinin devam ettiği

tek yer olarak CERN kaldı. CERN 1954 yılında Avrupa araştırma

faaliyetlerini geliştirmek ve ikinci dünya savaşı sonrası Avrupa

ülkeleri arasında ilişkileri tekrar kurmak amacıyla kurulmuştur. Şu

anda 20 ülkeden üyesi vardır ve dünyanın çeşitli yerlerinde yaklaşık

100 ülke projelerde işbirliği yapmaktadır. CERN’in en büyük

başarısı, parçacık çarpıştırıcısı LHC (Large Hadron Collider) Büyük

Hadron Çarpıştıcısıdır. Belki de insanoğlu tarafından yapılan en

büyük ve en karmaşık makinedir. 3000 bilim adamından oluşan iki

araştırma grubu devasa algılayıcılarla – ATLAS ve CMS -

parçacıkları izlerler. Algılayıcılar yüz metre yerin altında

yerleştirilmişlerdir ve saniyede 40 milyon parçacık çarpışmasını

gözlemleyebiliyorlar. Bu 27 kilometre uzunluğunda dairesel LHC

tüneline zıt yönlerde parçacıkları enjekte edildiğinde ne kadar sık

çarpışmalar olduğunu göstermektedir. Protonlar her 10 saatte bir

LHC ye enjekte edilir, her iki yönde huzme yollanır. 100.000 milyar

proton biraraya toplanır ve çok ince huzme halinde sıkıştırılırlar –

elektrik yüklü pozitif protonlar birbirini ittiğinden bu kolay bir işlem

değildir. Bunlar ışık hızının yüzde 99.99999 da hareket eder ve her

biri için yaklaşık 4 TeV ve ikisi birlikte 8 TeV enerji ile çarpışır ( bir

teraelektronvolt = 1000 milyar elektronvolt). Bir TeV fazla bir enerji

olmayabilir, bu aşağı yukarı uçan bir sivrisineğin enerjisine eşittir,

fakat bu enerji tek bir protona yüklendiği zaman ve hızlandırıcı içine

500 trilyon tane bu tür proton gönderdiğinizde, huzmenin enerjisi

MOSSBAUER ETKİSİ

neredeyse maksimum hızda giden bir trenin enerjisine eşit olur.

2015 de LHC’deki enerji hemen hemen iki katına ulaşacaktır.

Şekil 12 A possible

discovery in the ATLAS

detector shows tracks of

four muons (red) that have

been created by the decay of

the short-lived Higgs

particle. Image: CERN,

http://cds.cern.ch/record/14

59496

Şekil 13 A Higgs particle can

have been created and almost

instantly decayed into two

photons. Their tracks (green)

are visible here in the CMS

detector. Image: CERN,

http://cds.cern.ch/record/145

9459

Bulmaca içinde Bulmaca

Parçacık deneylerinin nasıl yapıldığını anlamak için bazan iki tane

İsviçre saatini birbirine çarpma örneği verilir. Fakat bu gerçekte

göründüğünden daha zordur, çünkü bilim adamlarının arayışları

tamamen yeni bir parçacık içindir– bu yeni parçacıklar çarpışma

enerjisinden meydana gelmektedirler. Einstein’ın meşhur formülü

E= mc2 e göre kütle bir tür enerjidir. Ve, hatta kütlesiz parçacıklar

için, çarpıştıkları zaman yeni bir parçacık yaratmalarını mümkün

kılan bu eşitliğin sırrıdır; eğer enerji yeterince yüksek ise iki foton

çarpıştığında bir elektron ve onun karşıt parçacığı, pozitronu yaratır

veya Higgs parçacığı iki tane gluonun çarpışmasından ortaya çıkar.

Protonlar parçacıklarla – quarklar, karşıt quarklar ve gluonlar - dolu

MOSSBAUER ETKİSİ

küçük çantalar gibidir. Bunların çoğu pek bir sorun yaratmadan

birbirlerini geçerler;, iki parçacık hüzmesinin her çarpışmasında

ortalamada yirmi kafa kafaya çarpışma gerçekleşir. Milyarda birden

az bir çarpışma izlenmeye değer olabilir. Bu çok fazla

gözükmeyebilir, fakat bu tür çarpışmanın her biri yaklaşık bin

parçacığın pırıltılı saçılmaları ile sonuçlanır. 125 GeV de, Higgs

parçacığının bir protondan yüz kat daha fazla ağırlağa ulaştığı

gözlenmiştir. Bu, Higgs parçacığını üretmenin neden bu kadar zor

olduğunu göstermektedir. Yine de, deneyi bitirmek için daha çok yol

vardır. CERN’deki bilim adamları gelecekte daha çok çığır açıcı

keşifler ortaya çıkarmayı ümit ediyorlar. Higgs parçacığını bulmak

büyük bir başarı olmasına rağmen, Standart Model kozmik

bulmacada son parça değildir. Bunun nedenlerinden biri Standart

Modelin belli parçacıkları, nötrinoları, tamamen kütlesiz olarak

değerlendirmesidir, halbuki son çalışmalar bunların aslında kütleye

sahip olduklarını gösteriyor. Diğer bir neden bu modelin sadece

evrende bütün maddenin beşte birini oluşturan görülebilen maddeyi

tanımladığıdır.

MOSSBAUER ETKİSİ

2014- SHUJI NAKAMURA, ISAMU AKASAKI, HIROSHI AMANO

Ülke : Japonya, Japonya, ABD

Nobel Ödülü Konusu: "Parlak ve enerji

tasarrufu sa ğlayan beyaz ı şık kaynaklarının

üretilmesine olanak sa ğlayan verimli mavi

ı şık yayan diotların ke şfinden dolayı"

Mavi LED’ler – Dünyayı yeni ışıkla doldurmakta

Isamu Akasaki, Hiroshi Amano ve Shuji Nakamura yeni bir enerji

tasarruflu ve çevre dostu –mavi ışık yayan diyot (LED) – ışık kaynağı

icat ettikleri için ödüllendirildiler. Nobel ödülleri insanlığa en büyük

fayda sağlayan icatlara verilmektedir; mavi LED’ler kullanılarak

beyaz ışık elde edilmektedir. LED lambalarının ortaya çıkmasıyla

artık eski ışık kaynaklarına göre daha uzun ömürlü ve daha

tasarruflu aydınlanma seçeneklerine sahibiz.

Akasaki, Amano ve Nakamura Nobel Ödül törenine katılmak için

Kasım ayının ilk günlerinde Stockholm e geldiklerinde, onlar şehrin

hemen hemen bütün pencerelerinde parlayan icatları olan ışığı fark

ettiler. Beyaz LED lambaları enerji tasarruflu, uzun ömürlü ve

MOSSBAUER ETKİSİ

parlak beyaz ışık saçar. Daha ötesi, florasan lambaların aksine,

bunlar civa içermezler.

Kırmızı ve yeşil ışık saçan diyotlar yaklaşık yarım yüzyıldan beri

bizimledir, fakat mavi ışığı elde etmek için gerçekten ışık

teknolojisine çağ atlatmak gerekiyordu. Sadece kırmızı, yeşil ve mavi

üçlüsü bizim için dünyayı aydınlatan beyaz ışığı üretebilir. Ar-GE

dünyasında ve endüstride üstlenilen riskler ve büyük çabalara

rağmen, mavi ışık otuz yıl boyunca üretilemedi.

Nakamura Shikoku adasında Tokushimada yer alan küçük bir

şirkette Nichia Chemicals da çalışırken Akasaki Amano ile Nagoya

Üniversitesinde çalıştı. Onlar yarı iletkenlerinden (semiconducters)

parlak mavi ışık demeti elde ettikleri zaman, aydınlatma

teknolojisinin temelden değişimi için kapılar açılmıştır. Akkor ışık

lambaları 20. Y.yılı aydınlattı; 21. Yüzyıl LED lambaları tarafından

aydınlatılacak.

Enerji Tasarrufu ve Kaynakların Tasarrufu

Işık yayan bir diyot birkaç yarı iletken katmandan meydana gelir.

LED’de, elektrik direk olarak ışığa, fotonlara dönüşür. Diğer ışık

kaynaklarına göre çok daha verimlidir. Diğer ışık kaynaklarında

elektriğin büyük kısmı ısıya, ancak küçük bir miktarı ışığa dönüşür.

Akkor ve Halojen lambalarda elektrik akımı lamba flamanı telini

ısıtmak süretiyle aydınlatma sağlar. Florasan lambalarda gaz

boşalması hem ısı hem ışık yaratır. Florasan lambalardan önceleri

düşük enerji lambaları olarak bahsedilirdi, fakat LED lambalarının

ortaya çıkmasıyla artık bu tanım anlamını kaybetmiştir.

Böylece, yeni LEDler eski ışık kaynakları ile mukayese edildiğinde

ışık yaymak için daha az enerjiye gerek duyar. Daha ötesi, ünite

başına elektrik giriş gücü (watt ile ölçülür) daha yüksek ışık akışı

(lumen olarak ölçülür) ile daha tasarruflu hale gelmiştir. Bunlar

sürekli olarak gelişmektedir. En son rekor normal ışık ampulleri için

16 lumen/watt ve florasan lambaları için yaklaşık 70 lumen/watt

MOSSBAUER ETKİSİ

iken bu LEDlerde 300 lumen/watt dır. Yaklaşık dünya elektrik

tüketiminin ¼’ü aydınlanma için kullanılırken, yüksek enerji

tasarruflu LEDler Dünya kaynaklarının tasarrufuna katkıda

bulunurlar.

Şekil 141 Işık yayan diyodun çalışma prensibi–LED (üst solda) ve

mavi bir LED örneği.

LED’ler ayrıca diğer lambalara göre daha uzun ömürlüdürler.

Florasan lambaların genelde 10.000 saat ömrü varken akkor

ampuller (ısı lamba telini tahrip ettiğinden) 1.000 saat ömre

sahiptirler. LED’ler ise 100.000 saat ömre sahiptirler, böylece

malzeme tüketimi ve atık madde yığılması büyük ölçüde önlenmiş

olur.

MOSSBAUER ETKİSİ

Bir Yarıiletkenden Işık elde edilmesi

LED teknolojisi, mobil telefonlar, bilgisayarlar ve bütün modern

elektronik cihazların aynı mühendislik sanatından ortaya çıkmıştır.

Tümü kuantum fiziğine dayanır.

Maalesef türkiyemizde bir di

Işık yayan bit diyot çeşitli katmanlardan oluşur; negatif

elektronların fazlalığı ile oluşan bir n-tipi katman ve pozitif deliklerin

fazlalığı ile oluşan (bir başka deyişle elektronların eksik olması

nedeniyle) bir p-tipi katman. Bunların arasında aktif bir katman

vardır, elektriksel bir gerilim yarıiletkene uygulandığı zaman negatif

elektronlar ve pozitif delikler buraya doğru hareket ederler.

Elektronlar ve delikler burda karşılaştığı zaman yeniden birleşirler

ve ortaya ışık çıkar. Işığın dalgaboyu tamamen yarıiletkenin cinsine

bağlıdır; mavi ışık gökkuşağının kısa dalgaboyu ucunda görünür ve

sadece bazı materyallerde üretilebilir. Bir yarıiletkenden yayılan bir

ışığın ilk raporu 1909da Nobel Ödülü alan Guglielmo Marconi’nin iş

arkadaşı Henry J. Round tarafından 1907 kaleme alınmıştır. Daha

sonraları, 1920’lerde ve 1930’larda, Sovyetler Birliğinde, Oleg V.

Losev ışık salınımı ile ilgili birçok çalışmalar yapmıştır. Bununla

birlikte, Round ve Losev olayı anlamak için yeterli bilgiye sahip

değillerdi. Adı geçen yaratılmış elektroışıma’nın

(electroluminescence) olayının teorik bir tanımı için aradan birkaç

on yıl geçmeliydi.

Kırmızı ışık yayan diyot 1950’lerin sonunda icat edilmiştir. Bunlar,

örneğin, dijital saatlerde ve hesap makinelerinde veya çeşitli

aletlerde göstergeler olarak kullanıldı. İlk aşamada beyaz ışık

yaratmak için kısa dalgaboyunda ışık saçan bir diyota gerek olduğu

biliniyordu. Bu diyodun yüksek enerjili fotonları olmalıydı– mavi bir

LED – Birçok laboratuar bunu yapmayı denedi fakat başarılı

olamadı.

MOSSBAUER ETKİSİ

Geleneğe karşı gelme

Ödül sahibi bilim adamları kabul görmüş artık gelenekselleşmiş

gerçeklere meydan okudular; çok çalıştılar ve önemli riskler aldılar.

Cihazlarını kendileri yaptılar, teknolojiyi öğrendiler ve binlerce deney

yaptılar. Çoğu zaman başarısız oldular, fakat ümitsizliğe

kapılmadılar; bu en üst düzeyde deney uzmanıydılar. Galyum nitrat

hem Akasaki hem Amano hemde Nakamura’nın seçimi idi ve

sonunda kendilerinden öncekiler başarısızlığa uğramalarına

rağmen, onlar çabalarında başarılı oldular. Başlarda, materyalin

mavi ışığı yaratmada uygun olacağı kabul edilmişti, fakat

uygulamaya geçirmekte büyük zorluklar vardı.

Hiç kimse yeterince yüksek kalitede galyum nitrat kristalleri

üretememişti. Çünkü üzerinde galyum nitrat kristallerini çoğaltacak

uygun bir yüzey elde etmek gereksiz bir çaba olarak görülüyordu.

Daha da ötesi, bu maddede içinde p-tipi katmanlar oluşturmak

tamamen imkansızdı. Buna rağmen, Akasaki seçilen maddenin

doğru olduğuna inanmıştı ve Nagoya üniversitesinde doktora

öğrencisi olan Amano ile çalışmaya devam etti. Nakamura da

başkalarının daha uygun olduğunu düşündüğü çinko selenür

alternatifinden önce galyum nitrat ile çalışmayı seçmiştir.

Fiat lux – Işık Olsun

1986’da Akasaki ve Amano bir safir alttaşı üzerine (substrate) bir kat

alüminyum nitrat yerleştirdiler ve sonra onun üstünde yüksek

kalitede galyum nitrat kristal oluşturmayı başardılar. Birkaç sene

sonra, 1980’lerin sonunda, galyum nitrat içinde p-tipi bir tabaka

oluşturmayı başardılar ve bu alanda yeni bir çığır açmış oldular.

Akasaki ve Amano Tarayıcı Elektron Mikroskobunda bu materyalleri

incelediklerinde daha yoğun bir şekilde parladığını şans eseri olarak

fark ettiler. Bu, mikroskopun elektron huzmesinin p-tipi katmanı

daha etkili yaptığını gösteriyordu. 1992’de onlar artık parlak mavi

ışık yayan ilk diyotlarını ortaya koyabiliyorlardı.

MOSSBAUER ETKİSİ

Nakamura 1988’de mavi LED’ini geliştirmeye başladı. İki sene sonra,

o da, kaliteli galyum nitrat yaratmayı başarmıştır. O ilk önce düşük

sıcaklıkta ince bir galyum nitrat tabakası üretti ve daha yüksek

sıcaklıklarda kalan tabakaları üretti.

Nakamura ayrıca Akasaki ve Amano’nun p-tipi katmanları nasıl

üretebildiklerini açıkladı: Elektron mikroskopunun elektron

huzmesi p-tipi katmanın oluşmasını önleyen hidrojeni ortadan

kaldırıyordu. Kendi diyodu için, Nakamura elektron huzmesi yerine

daha basit ve ucuz bir yol buldu: 1992’de materyali ısıtarak işlevsel

p-tipi bir katman yaratmayı başardı. Nakamuranın çözümleri

Akasaki ve Amano’nunkinden farklıydı.

1990lar esnasında, her iki araştırma grubu, mavi LED lerini daha

da geliştirmeyi başardılar. Onlar alüminyum ve indiyum kullanarak

değişik galyum nitrat alaşımları elde ettiler ve LED in yapısı gittikçe

karışık hale gelmiştir.

Akasaki Amano ile birlikte ve ayrıca Nakamura bunun yanı sıra mavi

LED in önemli bir parçası olduğu, bir kum tanesi büyüklüğünde, bir

mavi lazeri de icat ettiler. LED in dağınık ışının aksine, bir mavi lazer

keskin incelikte bir ışık yayar. Mavi ışık çok kısa dalga boyuna sahip

olduğundan o daha sıkı bir şekilde paketlenebilir; kızıl ötesi ışıkla

mukayese edildiğinde mavi ışıkla aynı alan dört kez daha fazla bilgi

yüklenebilir. Saklama kapasitesindeki bu artış hızlı bir şekilde daha

uzun çalma süreleri ile blue ray disklerine, ayrıca daha iyi lazer

yazıcıların gelişmesine öncülük etti.

Birçok ev gereçleri LEDlerle donatıldı. Onlar televizyon setlerinde,

bilgisayarlarda ve kamera için bir lamba ve flaş işlevi gören mobil

telefonlarda LCD ekranlarda kullanılmaya başladılar.

MOSSBAUER ETKİSİ

Şekil 141 Işık kaynaklarının ışık verimliliği açısından

karşılaştırması

Şekil de LED lambaları eski ışık kaynaklarına kıyasla ışık yaymak

için daha az güce gerek duyarlar. Verimlilik, güç başına (watt ile

ölçülür) ışık akısı (lumen le ölçülür) ile belirtilir. Dünya elektrik

üretiminin yaklaşık dörtte biri aydınlatma amaçları için

kullanıldığından, enerji tasarruflu LED lambaları Dünya

kaynaklarını korumaya katkıda bulunur.

Parlak Bir Devrim

Mavi ledin icadı aydınlatma teknolojisine çağ atlatmıştır. Yeni, daha

etkili, daha ucuz ve akıllı lambalar sürekli olarak geliştirilmektedir.

Beyaz LED lambalar iki farklı şekilde elde edilmektedir. Birincisi,

mavi ışık ile fosforu uyarmak, böylece fosfor kırmızı ve yeşil ışık

olarak ışıma yapar. Bütün renkler bir araya getirildiğinde, beyaz ışık

elde edilir. Diğer bir yol ise, kırmızı, yeşil ve mavi LEDlerden lambayı

yapmaktır ve gözümüzün bu üç rengi beyaza dönüştürmesine izin

vermektir.

MOSSBAUER ETKİSİ

bu yüzden LED lambalar aydınlatma alanında birçok uygulaması

olan ışık kaynaklarıdır – milyonlarca farklı renk elde edilebilir;

renkler ve ışık şiddeti ihtiyaca göre değiştirilebilir. yüzlerce metre

kare büyüklüğünde yanıp sönen renkli ışık panelleri, renk ve şekil

değiştirirler. Her şey bilgisayarlar tarafından kontrol edilebilir.

Ayrıca ışığın rengini kontrol etme olanağı sayesinde LED lambalar

doğal ışığı taklit edebilir bu sayede biyolojik saatimizi takip

edebilirler. artık LED lambalar seracılıkta doğal ışık kaynağı olarak

kullanılmaktadır.

Enerjisini güneş panellerinden elde eden LED lambalar ile Elektrik

şebekesine ulaşamayan 1.5 milyardan fazla insan için yaşam

kalitesini artırma imkanı elde edilmiştir. Daha ötesi, mavi LEDin

mor ötesi ışık yayma özelliği sayesinde kirli suları sterilize etmek

mümkündür. Verimli mavi LED in icadı sadece yirmi yıldır, fakat o

beyaz ışığı tamamen farklı bir şekilde elde ederek insanlığın

faydasına sunmuştur.

Ve mavi LED’in ülkemizde bir uygulaması