Bize Ulaşın

     

Yavaş ışık

Her sabah Güneş’ten yola çıkan ışık ışınları uzay boşluğunu 8 dakikada geçip Dünyamızın yüzeyine düşer ve günü aydınlatırlar. Size bu mesafenin 150 milyon kilometre olduğunu söylersem, ışığın ne kadar muazzam bir hızla (saniyede 300000 km) yol aldığını algılayabilirsiniz.

“Bu ne işe yarar?” diye düşünebilirsiniz. Pek çok uygulaması arasında, internetin enerji tüketiminde önümüzdeki yıllarda beklenen tıkanmayı çözebileceğini söylersem, bu keşfin önemini görebilirsiniz.

Önce, ışığı nasıl yavaşlattıklarını size anlatmaya çalışacağım. Sonra, bu keşfin olası uygulamalarından söz ederiz.

Geçtiğimiz yılın Şubat ayında Hamburg’daki DESY laboratuarında Ralf Röhlsberger ve ekibi, “elektromanyetik saydamlık” (EIT)  denilen bir yöntemle ışığın madde içindeki hızını neredeyse bir bisikletin hızına düşürmeyi başardılar.
 

Işık nasıl yavaşlatılıyor?

Güneşin beyaz ışığını bir cam prizmadan geçirdiğimizde yedi renge ayrıştığını biliriz. Bu tekrenkli ışıkların her biri, belli dalgaboyunda birer ışığı temsil eder. Her bir dalgaboyunun hızına “faz hızı” diyoruz. Fakat beyaz ışık madde içinde yol alırken, bu yedi rengin oluşturduğu bir “dalga paketi” gibi davranır. Bu dalga paketinin hızına da “grup hızı” diyoruz. Grup hızı, her bir rengin faz hızından farklıdır. Bunu gündelik hayatta da görebilirsiniz. Bir vapur geçerken ardında oluşturduğu dalgayı gözleyin. Bu dalgada bir tepe noktasını (bir fazı) izleyin. Bu tepe noktasının biraz ilerledikten sonra kaybolduğunu, ama ardından gelen  diğer bir tepenin büyüyüp bir süre yol aldığını gözlersiniz. Yani, dalgayı oluşturan fazlar nasıl hareket ederse etsin, ilerleyen şey, “grup hızıyla hareket eden dalga paketi”dir.

İşte DESY deneyinde X-ışınlarından oluşan dalga paketini, nanometre ölçeğinde (milimetrenin milyonda biri) kalınlığında iki demir izotopu (Fe-57) tabakası arasından geçirerek ve platin aynalardan yansıtarak yavaşlattılar. Daha ayrıntılı söylersek, demir atomları kısa bir süre için ışığı absorbe edip tekrar geri veriyor ve bu mekanizma ışığın yavaşlamasına yol açıyor.

 

Tek renkli ışık dalgası ve beyaz ışığı oluşturan dalga paketi

 

Işığın  yavaşlatılması çabaları çok eskiden beri vardı. DESY laboratuarındaki deneyin avantajı, hem daha kolay bir düzenek tasarlanmış olası ve hem de yavaşlatma oranının çok yüksek oluşundan kaynaklanıyor.

 

DESY deneyinde platin aynalardan yansıyan ışık demir tabakaları ile etkileşiyor.

 

Ne işe yarar?

Yavaş ışığın teknolojide uygulamaları, onun “maddeyle daha ayrıntılı etkileşebilme” özelliğinden kaynaklanıyor. Gerçekten de normal ışığın maddeyle etkileşmesi çok ilkeldir. Hızı çok büyük olduğu için, ya hiç enerji vermeden yansır yahut da tümden absorplanıp yok olur. Oysa elektronların hızına yakın hızlarda giden ışık, onlarla çok daha dereceli etkileşebiliyor, devredeki akımları değiştirebiliyor.

Günümüzde sinyal ileten internet, telefon, vs., elektronik devrelerinde transistorlar, diyotlar, vs. çok zayıf akımlar (elektronlar) kullanarak görevlerini yaparlar. Ama bu enerji tüketimi de devreyi ısıtır. Oysa aynı görevi optik devre elemanlarıyla yapabilirsek, enerji tüketimi son derece azalacaktır. Fakat normal bir ışık demeti diğer bir ışık demetiyle etkileşmez. (Karanlıkta iki el lambası ışığı, birbiri içinden etkilenmeden geçip giderler.)

Yapılan deneyler yavaşlatılmış ışığın birbiriyle etkileşip enerji alışverişi yapabildiğini göstermektedir. Böylece, hem daha  geniş bir dalgaboyu aralığındaki ışık dalgaları kullanılabilecek, hem de bunların taşıdığı sinyalin enerji tüketimi azalacaktır.

Bu anlattığım, yavaş ışığın sadece bir uygulaması. Başka alanlarda da uygulanabilme potansiyeli vardır: Örneğin, daha verimli güneş pillerini, daha ekonomik lambaları bu teknoloji geliştiğinde yakında görebileceğiz.

Prof. Dr. Bekir Karaoğlu

Bu yazı Bilim ve Ütopya'nın ocak 2013 sayısında yayımlanmıştır.