Kadir Polat Toban
Çin Bilimler Akademisi araştırmacıları, lazer darbeleriyle laboratuvarda küçük bir plazma küresi oluşturup yapının davranışını inceledi. Nature Photonics’te yayımlanan çalışma, mekanizması henüz kesin biçimde açıklanamayan top yıldırımını araştırmak için yeni bir deneysel yol sunuyor.
Havada süzüldüğü, farklı renk ve boyutlarda görülebildiği ve kimi zaman ani bir patlamayla kaybolduğu aktarılan top yıldırımı, yüzyıllardır kayıtlara geçiyor. Bu nadir ve kısa süreli olayın nasıl meydana geldiği ise henüz açıklığa kavuşmuş değil. Fizikçi Chuliang Zhou ve çalışma arkadaşları, laboratuvarda oluşturdukları plazma küresinde elektromanyetik enerjinin nasıl tutulabileceğini araştırdı.
Lazer darbesiyle plazma küresi oluşturuldu
Deney düzeneğinde çapı yaklaşık 100 nanometre olan sivri uçlu bir tungsten iğne kullanıldı. İğneye gönderilen ultra kısa lazer darbesi, onun boyunca güçlü bir elektromanyetik dalga meydana getirdi.
Dalganın iğnenin ucunda yoğunlaşmasıyla oluşan elektrik alanı, argon gazı atomlarından elektronları kopardı. Böylece yoğun biçimde iyonlaşmış gazdan oluşan bir plazma küresi ortaya çıktı.
İlk çapı yaklaşık 80 mikrometre olan parlak küre, takip eden 100 nanosaniye içinde genişledi. Araştırmacılar, genişleme sırasında yapının bütünlüğünü koruduğunu gözlemledi. Bu davranış, sıradan sıcak plazmanın hızla dağılıp genişlemesi beklentisinden farklıydı.
Ekip, kürenin büyümesini izlerken soğuma sırasında yaydığı ışığın farklı dalga boylarını da analiz etti. Ölçümler, teorik modeller ve bilgisayar simülasyonlarıyla karşılaştırıldı.
Elektromanyetik soliton olasılığı incelendi
Araştırmada değerlendirilen açıklamalardan biri elektromanyetik soliton oluşumu. Solitonlar, fiziksel etkiler arasındaki denge sayesinde biçimini ve bütünlüğünü koruyabilen dalga yapıları olarak tanımlanıyor; plazma, su ve ışık gibi ortamlarda görülebiliyor.
Bazı teoriler, top yıldırımının elektromanyetik enerjiyi plazmanın içinde hapseden benzer bir yapı olabileceğini öne sürüyor. Laboratuvarda gözlenen kürenin genişleme biçimi, elektromanyetik soliton modellerinin öngörüleriyle uyum gösterdi.
Öte yandan, sıradan plazmanın ısınması ve genleşmesini temel alan simülasyonlarda daha hızlı ve dağınık bir süreç ortaya çıktı. Bu karşılaştırma, deneydeki davranışın açıklanmasında elektromanyetik etkilerin rol oynayabileceğine işaret ediyor.
Ancak kontrollü laboratuvar koşullarında üretilen mikroskobik plazma küresi, atmosferde görüldüğü bildirilen top yıldırımıyla aynı olgu olarak kabul edilemez. Çalışma, top yıldırımının gizeminin kesin olarak çözüldüğü anlamına gelmiyor.
Metre ölçeği ve saniyeler için teorik hesaplama
Araştırmacılar, teorik modellerle benzer yapıların farklı elektromanyetik frekanslardaki davranışlarını da hesapladı. Modellemelere göre terahertz radyasyonu yerine mikrodalga kullanılması durumunda elektromanyetik solitonlar teorik olarak metre ölçeğine ulaşabilir ve saniyeler boyunca varlığını sürdürebilir.
Bu hesaplamalar, bazı görgü tanıklarının top yıldırımının boyutu ve süresi hakkında aktardıklarıyla benzerlik taşıyor. Ancak söz konusu sonuçlar deneyde doğrudan gözlemlenmedi; teorik modellemelere dayanıyor.
Enerji depolama araştırmaları için de önem taşıyabilir
Çalışmanın olası katkısı top yıldırımını anlamanın ötesine uzanıyor. Elektromanyetik enerjinin kararlı ve sınırlı bir bölgede tutulabilmesi, enerji depolama teknolojileri ve ışığın aşırı koşullarda maddeyle etkileşimi üzerine araştırmalar açısından önem taşıyabilir.
Araştırmacılar, farklı koşulların incelenebildiği kontrollü deney düzeneklerinin top yıldırımının oluşumunu sistematik biçimde araştırmaya zemin sağlayabileceğini belirtiyor. Çalışma Nature Photonics dergisinde yayımlandı.
