top of page

Nobel Serisi 4: Nobel Fizik Ödülü 2023

Nobel Fizik Ödülü’nü ve 11 milyon İsveç kronunu (1 milyon dolar) bu sene Pierre Agostini, Ferenc Krausz ve Anne L’Huillier paylaştılar. “Maddedeki elektron dinamiğinin incelenmesi için attosaniyelik ışık atımları üreten deneysel yöntemler” geliştirdikleri için ödüle layık görülen bu bilim insanları kim ve tam olarak ne yaptılar?

Pierre Agostini, 23 Temmuz 1941 tarihinde Tunus’ta doğdu. Fransız fizikçi, Fransa’daki Université Aix-Marseille’de fizik okudu. 1961'de lisans derecesini, 1962'de yüksek lisansını ve 1968'de doktorasını tamamladı. Agostini, Centre d’Études de Saclay’de 1969-2002 yılları arasında araştırmacı, kıdemli araştırmacı ve araştırma direktörü olarak çalıştı. 2005’te Ohio State Üniversitesi’nde akademisyen olan Agostini, 120’den fazla yayın yazdı. Agostini’nin ayrıca Nobel Ödülü dışında Fransa Bilimler Akademisi’nden Gustav Ribaud Fizik Ödülü, Hollanda Madde Üzerine Temel Araştırmalar Vakfı’nın Joop Los Ödülü, Amerika Optik Derneği’nin William F. Meggers Ödülü gibi birçok ödülü var.

Macaristan’da doğan Avusturya fizikçi Ferenc Krausz, Budapeşte’deki Eötvös Loránd Üniversitesinde teorik fizik eğitimi aldı. 1985’te Budapest University of Technology’den elektrik mühendisliği diploması alan Krausz, 1991’de Vienna University of Technology’de de laser fiziği alanında doktora derecesi tamamladı. 1996’da Vienna University of Technology’de assistan profesör olarak görev yapmaya başladı. 1999’da da aynı üniversiteden profesörlük unvanını aldı. Kendisi, 2004’den beri Max Planck Institute of Quantum Optics’in direktörü; Münih’te bulunan Ludwig-Maximilians-Universität München’ın deneysel ve lazer fizik deparmanının başkanı. 2006 yılında Uluslararası Max Planck Foton Bilimi Ararştırma Enstitüsü’nün kurucu direktörü, Münih İleri Fotonik Merkezi (MAP) kurucu ortağı olan Krausz, 2010’dan 2019’a kadar Münih İleri Fotonik Merkezi’nin direktörlüğünü yaptı. 2015’te Münih’te Gelişmiş Lazer Uygulama Merkezi’ni kurduktan sonra 2019’da Budapeşte’deki Moleküler Parmak İzi Merkezi’nin kurucu ortağı unvanını aldı. Krausz, “Electrons in Motion: Attosecond Physics Explores Fastest Dynamics” kitabının yazarıdır ve 2009 yılınca America Optik Topluluğu’na üye olarak seçilmiştir.


Nobel Fizik Ödülü’nü kazanan 5. Kadın bilim insanı olan Fransız Anne L’Huiller, 1958’de Paris’te doğdu. École Normale Supérieure in Fontenay-aux-Roses’den matematik dalında lisansını tamamlayan L’Huiller, yüksek lisansını Université Pierre et Marie Curie’de matematik ve teorik fizik alanlarında yaptı. Daha sonra Commissariat à l’Énergie Atomique’de deneysel fizik üzerine doktorasını tamamladı. 1988’de University of Southern California’da doktora sonrası araştırmacı olarak görev aldı. 1995’te Lund Üniversitesi’ne doçent olarak katıldı, 2 yıl sonra fizik profesörü oldu. L’Huiller’in ödülleri arasında L’Oréal-UNESCO Kadınlar için Bilim Ödülü, Carl Zeiss Araştırma Ödülü, Avrupa Bilim Akademisi’nin Blaise Pascal Madalyası ve Nobel Fizik Ödülü yer alıyor.

Micro, nano, pico, femto, atto gibi ön ekler uluslararası geçerliliğe sahip SI birimleri içinde yer alıyor. Sistem, en son 1991’de güncellendi ve 20 ön eki içeriyor.

Bir attosaniye bir saniyenin milyarının milyarıdır (1 x 10^-18). Bir sinek kuşunun saniyede 80 kez kanat çırptığı, kalbin ortalama saniyede 1-2 kez attığı, en hızlı nabzın 80 attosaniye olduğu düşünüldüğünde, attosaniyeler cinsinden hareket eden elektronlar müthiş bir hıza sahip. Ayrıca, tek bir saniyede evrenin tüm tarihindeki saniyelerin sayısına eşit attosaniye vardır. Dahası, odanın bir ucunda diğer ucundaki duvara gönderdiğimiz bir ışığın duvara ulaşması yaklaşık 10 milyar attosaniye sürer. Aynı zamanda, ETH Zürik’te araştırmacı Hans Jakob Woerner’in de belirttiği gibi attosaniyeler “direkt ölçebileceğimiz en kısa zaman ölçeğidir.”



https://www.popsci.com/uploads/2023/10/03/nobel-physics-prize-2023.png?auto=webp&width=1440&height=810



Atom altı parçacıklardan negatif yüklü elektronların hareket ettikleri zaman ölçeği attosaniyeler olduğundan, elektronların davranışlarını ve hareketlerini anlamak için attosaniye biriminden yararlanmak önemli. Örneğin, bir elektron için hidrojen atomunun çekirdeğinin etrafında bir tur atmak 150 attosaniye alırken, bir elektronun bir atomdan diğerine zıplaması 320 attosaniye sürüyor. Woerner, bütün elektronik cihazların mikroişlemcilerinin nanosaniyelerle çalıştığını ve işlemcilerin attosaniyeleri baz alması durumunda “bilginin 1 milyon kat daha hızlı işlenebilinmesinin mümkün olacağını” söylüyor.


Başka bir deyişle attosaniye fiziği, küçük partiküllerin çok çok kısa zaman aralıklarında incelenmesine olanak tanıyor ancak son derece kısa darbelerde (attosaniye) ışık üretmek yakın zamana kadar zorlu bir işti. Uzun yıllar boyunca ışık darbeleri en fazla femtosaniye (1 x 10^-15) zaman biriminde üretilebilmişti (ki bu molekülleri kimyasal reaksiyonlarda çözmek için yeterlidir çünkü atomlar moleküllerin içinde femtosaniyerle hareket etmektedir) ancak elektronların hareketlerini takip etmede yeterli değildir çünkü elektronların femtosaniyelerden de daha hızlı olan attosaniyeler cinsinden hareket ederler. Milan Polytechnic Üniversitesi’nde fizikçi Mauro Nisoli’nin de belirttiği gibi “bir dalga boyundan kısa bir ışık darbesi üretilemez”. Dolayısıyla, femtosaniye engelini aşmak için daha kısa dalga boylarında ışık üretilmesi gerekiyordu. Bu yöntemde, bir elektron birkaç düşük enerjili fotonu soğurur ve bir yüksek enerjili fotonu tükürür. Fakat, enerjinin artmasıyla, yayılan fotonların azaldığı düşünüldüğü için bu method, çok kullanışlı görülmüyordu. 1980’lerin başlarında L’Huillier ve ekibi elektronlarının büyük kısmını veya tamamını kaybedecek şekilde iyonize edilmiş soygazlar üzerinde çalışmaya başladılar. 1987’de L’Huillier ve arkadaşları, argon gazına kızılötesi ışık/lazer göndererek High Harmonic Generation (HHG)’yi gözlemlediler. Orijinal lazer frekansının tam katı olan frekansların (harmonik) yoğunluğunun, frekanslar artıkça azalmadığını, aksine aynı kaldığını keşfettiler. Örneğin, lazer argonun 5. harmoniğinden geçtiğindeki yoğunluk ile 25. harmoniğinden geçtiğindeki yoğunluk aynıydı. Yani, enerji arttıkça yayılan foton sayısı azalmıyordu. Bu keşif HHG’ye bakış açısına değiştirdi ve attosaniye fiziğinin önünü açtı. Birkaç yıl sonra, L’Huillier ve çalışma ekibi, HHG’nin mekanizmasını kuantum mekaniğini kullanarak çözdüler. HHG'nin mekanizması tam olarak açıklandıktan sonra, sonraki adım, bu yüksek harmoniklerin bazılarını bir araya getirerek attosaniye süren çok kısa süreli darbeler oluşturmaktı. 2001’de Krausz ve ekibi attosaniye ışık darbeleriyle ilgili sonuçlarını yayınladılar: 650 attosaniye süren izole ışık darbeleri üretmişlerdi. Krausz’dan bağımsız olarak çalışan, Agostini’nin grubu da 2001’de sonuçlarını yayınladı. Onlar ise, 250 attosaniye süren bir ışık darbe dizisi üretmeyi başarmışlardı. Daha sonraki yıllarda araştırmalarına devam eden bilim insanları, 2003’de 170 (L'Huillier'in ve grubu ); 2008’de 80 attosaniye (Krausz ve arkadaşları) süren darbelerle çalıştılar.


Attosaniye gibi zaman ölçülerinde gerçekleşen olayları gözlemlemek, atomların ve atom altı parçacıkların hareketi anlamak için yani fizik ve kimya ne kadar gerekliyse mühendislik ve moleküler biyoloji gibi alanlarda da gerekli. Örneğin, son zamanlarda attosaniyelik ışıklar kullanılarak biyolojik numunelerin moleküler parmak izinin çıkarılabilinmesi konuşuluyor. Attosaniyelerle yapılan gözlemler sayesinde hastanın vücudunda kısa sürede yaşanan değişiklikler takip edilebilir. Kraliyet Bilim Akademisi üyesi Prof. Dr. Mats Larsson’a göre “… böylece doktorlar bir hastalığı, sözgelimi akciğer kanseri, hastada daha ilk aşamalardan tespit edebilirler ki erken teşhis tedavide başarı oranını artırıyor. Fizikte yaşanan gelişmeler bu konuda umut vaadediyor.” Ek olarak, attosaniye ışık darbelerinin, bitkilerdeki fotosentez gibi kimyasal olayların da kuantum mekanizmasını anlamayı kolaylaştırabileceği düşünülüyor.


Nobel Fizik Komitesi Başkanı Eva Ollson, “Attosaniye fiziği, elektronların arkasında yatan mekanizmayı anlamamıza olanak tanıdı, bir sonraki adım onlardan yararlanmak” dedi ve 2023 lauretlerinin “daha önce takip edilmesi imkansız olan ve çok hızlı gerçekleşen süreçlerin araştırılmasını sağladı[klarını]” ekledi.


Sonuç olarak, Agostini, Krausz ve L’Huillier’in elektronların incelenmesi amacıyla geliştirdikleri attosaniye ışık darbeleri, bilimin her alanında sayısız “çığır açacak” fayda sağlama potensiyeline sahip. Şimdiden “attosaniye fiziği”, “attobilim” ve “attokimya” gibi dallar ortaya çıktı bile.


https://images.newscientist.com/wp-content/uploads/2023/01/25090027/SEI_141539092.jpg


Ceyda Baş ve Yağmur Ece Nisanoğlu tarafından editlendi.


Kaynakça:


Chandler, David L. “Explained: Femtoseconds and Attoseconds.” MIT News | Massachusetts Institute of Technology, 18 Sept. 2012, news.mit.edu/2012/explained-femtoseconds-and-attoseconds. Accessed 23 Nov. 2023.


Davis, Nicola. “Nobel Prize in Physics Awarded to Three Scientists for Work on Electrons.” The Guardian, The Guardian, 3 Oct. 2023, www.theguardian.com/science/2023/oct/03/nobel-prize-in-physics-awarded-to-three-scientists-for-work-on-electrons. Accessed 23 Nov. 2023.

“Anne L’Huillier | Biography, Nobel Prize, & Facts | Britannica.” Encyclopædia Britannica, 2023, www.britannica.com/biography/Anne-LHullier. Accessed 22 Nov. 2023.

“Ferenc Krausz | Biography, Nobel Prize, & Facts | Britannica.” Encyclopædia Britannica, 2023, www.britannica.com/biography/Ference-Krausz. Accessed 22 Nov. 2023.

Garisto, Daniel. “This Year’s Physics Nobel Awards Scientists for Slicing Reality into Attoseconds.” Scientific American, 3 Oct. 2023, www.scientificamerican.com/article/this-years-physics-nobel-awards-scientists-for-slicing-reality-into-attoseconds/. Accessed 23 Nov. 2023.

Lawler, Daniel, and Juliette Collen. “What Are Attoseconds? Nobel-Winning Physics Explained.” Phys.org, Phys.org, 3 Oct. 2023, phys.org/news/2023-10-attoseconds-nobel-winning-physics.html. Accessed 22 Nov. 2023.

“Pierre Agostini | Biography, Nobel Prize, & Facts | Britannica.” Encyclopædia Britannica, 2023, www.britannica.com/biography/Pierre-Agostini. Accessed 22 Nov. 2023.


“Nobel Prize in Physics 2023 Awarded to Scientists Who Made ‘Impossible’ Breakthrough.” The Independent, 3 Oct. 2023, www.independent.co.uk/tech/nobel-prize-physics-2023-electrons-b2422982.html. Accessed 22 Nov. 2023.


WION Web Team. “Explained: Inside the Exciting World of Attosecond Physics That Won Nobel Prize 2023.” WION, WION, 3 Oct. 2023, www.wionews.com/science/explained-inside-the-exciting-world-of-attosecond-physics-that-won-nobel-prize-2023-642138. Accessed 23 Nov. 2023.

Son Yazılar

Hepsini Gör

Comentários


bottom of page