Mutlak Sıfıra Yaklaşan Atomlar ve Fizikte Yeni Dönem

Atomları lazer ışığı kullanarak mutlak sıfıra neredeyse değecek kadar soğutma tekniklerinin geliştirilmesine katkı sağlayan Fransız fizikçi Claude Cohen-Tannoudji, 22 Ekim’de 93 yaşında hayatını kaybetti. 1997’de fizik Nobel Ödülü’nün bir kısmını kazandığı, bilim insanlarına atomları manipüle etme ve kuantum özelliklerini inceleme imkanı tanıyan çalışmaları fiziği dönüştürdü.

Olay yerinde, Cohen-Tannoudji’nin fizikle birçok bağı vardı ve bunlar arasında, ödül verilmeden üç decade önce ölmüş, Hindistan’da bile az bilinen bir fizikçinin çalışmalarını takdir etmesi yer alıyor.

Cohen-Tannoudji, 1933’te Fransız Cezayiri’nde doğdu. 20 yaşında Paris’e matematik çalışmak için taşındı, ancak fizikçi Alfred Kastler’ın dersleri onu bunun yerine fizik çalışması gerektiğine ikna etti. 1955’te hızla Kastler ve Jean Brossel’in liderliğini yaptığı bir gruba katıldı ve ardından kariyerinin çoğunu bugün Kastler Brossel Laboratuvarı olarak bilinen kurumda geçirdi.

Mükemmel kusur: bir elmas kusurunun kuantum fiziğini nasıl değiştirdiği

Sisyphus soğutması

Geleneksel olarak lazerler nesnelere enerji iletmekte iyidir, bu yüzden onları atomları soğutmak için kullanma fikri mantığa aykırı görünebilir. Anahtar detay, lazer ışığının aynı zamanda momentum taşımasıdır.

Doppler soğutması denilen bir teknikte, bilim insanları atomlara farklı yönlerden lazer ışınları yollar. Lazerler, bir atoma doğru hareket eden atomun, diğer yanlardaki ışınlardan çok bu kaynaktan foton absorbe etme olasılığının daha yüksek olacağı şekilde ayarlanır. Atom bir foton absorbe ettiğinde, atom fotonu geri çıkardıkça enerjis kısa süre için yükselir ve ardından düşer.

İşte işin püf noktası: atom her zaman fotonları tek bir yönde absorbe eder ancak rastgele yönlerde geri çıkarir. Böylece çıkan fotonun sağladığı itki, atomun birden fazla yönden aldığı itkilerle dengelenirken, ters-itki yalnızca tek bir yönde olur: o tek lazer ışınının yönünde. Dolayısıyla atom tekrar tekrar foton absorbe edip çıkardıkça, ortalama kinetik enerjisi ve dolayısıyla sıcaklığı düşer.

Clever olsa da, Doppler soğutmanın alt sınırı vardı: atom soğudukça, lazerler hareket yönünü artık kolayca ayırt edemediği için atomu daha da yavaşlatmada giderek daha az etkili hale geldi. 1988’de Amerikalı fizikçi William Phillips, Doppler soğutma sınırından daha soğuk atomlar üreten bir ekibi yönetti ve Cohen-Tannoudji ile meslektaşları — özellikle de Jean Dalibard — bunun nasıl mümkün olduğunu açıkladı. Bu, ışığın polarizasyonu ile hedef atomlardaki elektronların enerji seviyeleriyle ilgiliydi.

Sonuçları, Sisifus soğutması adı verilen yeni bir tekniğe yol açması açısından önemli kanıtladı; bu isim, hep bir kayayı yuvarlayıp her yuvarladıktan sonra tekrar aşağı yuvarlanan Yunan mitolojisindeki uğursuz figüre atıfla konuldu. Burada bir atomun kinetik enerjisi tekrar tekrar potansiyel enerjiye dönüştürülür ve Doppler soğutmaya benzer bir teknik kullanılarak ‘dışarı pompalanır’.

Tekniğin adı, atomun yaşadığı deneyimi söylenebilir ki farklı bir biçimde canlandırmadan gelir. Lazerler, hareket halinde olan atomun, daha az potansiyel enerjiye sahip olduğu bir bölgeden daha fazla potansiyel enerjiye sahip olduğu bir bölgeye zorla hareket etmesini sağlayan bir alan yaratmak için kullanılır. Merdivenlere tırmandığınızda da aynı şey olur: Zemin kattan ilk kata çıkarken hareket ettikçe kinetik enerji harcarsınız ancak vücudunuz aynı zamanda daha fazla potansiyel enerji biriktirir.

Atom ‘tepe’ye ulaştığında, optik pompa adı verilen bir süreç onu, zemin katta olduğu zamankinden daha az enerjiye sahip olacak şekilde soğutur. Sonra başka bir merdiven setine tırmanmaya zorlanır. Böylece, tekrar tekrar, atom son derece düşük sıcaklıklara kadar soğutulabilir.

Cohen-Tannoudji’nin grubu, atomları birkaç nanokelvin soğutma yöntemleri geliştirdi — sıfır mutlak dereceden milyarda biri derece yukarıda — gelişmiş atom saatleri ve atom girişimölçerleri için yolu açtı.

Pancharatnam’i Anmak

1994 yılında Cohen-Tannoudji, Bangalore’da (bugün Bengaluru) C.V. Raman ile daha sonra İngiltere’de George William Series ile çalışan fizikçi S. Pancharatnam’ı anan Hintli Current Science dergisinin özel sayısı için üç sayfalık bir makale yazdı. Pancharatnam 1969’da yalnızca 35 yaşındayken hayatını kaybetti.

Pancharatnam çalışmalarının çoğunu ayarlanabilir lazerlerin yaygınlaşmasından önce ve Cohen-Tannoudji ile aynı alanlarda gerçekleştirdi. Makalesinde Pancharatnam’ın optik pomplama konusundaki “güzel makale dizisini” hatırlatan Cohen-Tannoudji, alanındaki son gelişmelerin onu memnun edeceğini belirtti. Aynı zamanda o dönemki lazer soğutma tekniklerinin bazı teorisel temellerinin, deneysel kanıtın ortaya konmasından çok önce düşünüldüğünü de kabul etti.

Current Science‘nin aynı sayısında İngiliz fizikçi Michael Berry’in de bir makalesi yer aldı; Berry 1987’de Bangalore’yi ziyaret ettiğini ve Sivaraj Ramaseshan ile Pancharatnam’ın çalışmalarını tartıştığını, bunun da ona Pancharatnam’ın önceki çalışmaları ile 1980’lerdeki kendi çalışmalarındaki bağlantıyı anlamaya yardımcı olduğunu söyledi.

Cohen-Tannoudji, 1999’un başlarında Hindistan Fizik Enstitüsü’nde Hint-Fransız bir çalıştayına katılmak için Bangalore’yi tekrar ziyaret etti. Aynı gezide Mumbai’deki Tata Temel Araştırmalar Enstitüsü’nu de gezen Cohen-Tannoudji burada ilk Homi J. Bhabha Dersini’ni verdi ve ardından Yeni Delhi’de bir ders verdi.

Aynı zamanda C.S. Unnikrishnan ile 2001 yılında Physical Review Letters‘de, ince bir helyum gazında Helium-Bose-Einstein yoğuşması olarak adlandırılan olağandışı bir madde halinin raporlandığı bir makaleyi ortaklaşa yazdı — bu, atom fiziğinde önemli bir başarıydı.

Bir anı: Onu 2007’de Londra’daki Kraliyet Cemiyeti’nde Sir Peter Knight’ın muhteşem 60. yaş günü toplantısına davet ettik. Akşamları son derece ilham verici bir konuşma yaptı, herkesi hayrete düşürdü. Ancak başarılarından bahsetmek yerine, utangaç bir şekilde yanıma geldi ve “Jens, bunun uygun olduğunu mu düşünüyorsun?” diye sordu.

— Jens Eisert (@jenseisert) 24 Ekim 2026

Cohen-Tannoudji, sık sık keskin rekabetin ve rekabetçi kişiliklerin görüldüğü bir meslekte cömert bir kişi olarak kabul ediliyordu. 2022’de fizik Nobel Ödülü’nün bir bölümünü kazanan Alain Aspect, bazı kıdemli fizikçilerin Aspect’in erken dönem çalışmalarını (Bell eşitsizliklerinin deneysel olarak sınanması) boşa harcanan zaman olarak görmesine rağmen, Cohen-Tannoudji’nin teşvik edici olduğunu ve Aspect’in ciddiye alınmasına yardımcı olduğunu söyledi.

2015’te İsrail’deki Weizmann Enstitüsü’nün yayını olan Weizmann Direct‘e verdiği bir röportajda Cohen-Tannoudji, İsrail ve Arap, arasında Filistinli bilim insanlarını da bir araya getiren, haftalık tartışmalara olanak tanıyan toplantılar düzenlediğini hatırladı. 2021’de doktor ve insan hakları aktivisti Binayak Sen’in salıverilmesi için çağrıda bulunan bir mektuba imza attı. Ölümünün ardından Laboratoire Kastler Brossel’den gelen bir anma sözü, onun yaklaşan herhangi biriyle fikir alışverişinde bulunmaya istekli olduğunu da hatırlattı.

Yayınlandı – 26 Ekim 2026, saat 07:20 IST

/

/
bilim (genel)
/
teknoloji (genel)