Ağır başarı: İlk defa, atomların hareketi dört boyutlu uzay-zamanda yakalandı
Maddenin bir durumundan diğerine günlük geçiş (donma, erime veya buharlaşma gibi), küçük atom veya molekül kümelerinin ("çekirdek" olarak adlandırılır) "çekirdeklenme" adı verilen bir süreçle başlar. ) Birleşmeyi başlatın. Nükleasyon, bulut oluşumu ve nörodejeneratif hastalıklar gibi çeşitli ortamlarda hayati bir rol oynar. Kaliforniya Üniversitesi, Los Angeles liderliğindeki bir araştırma ekibi, atomların dört boyutlu uzay-zaman (4-D) atomik çözünürlükte (yani, üç boyutlu uzay ve zamanda) nasıl yeniden düzenlendiğine dair eşi görülmemiş bir çekirdek yakalama görüşü elde etti. .
Nature'da yayınlanan bu keşif, ders kitaplarındaki klasik çekirdeklenme teorisine dayanan uzun vadeli tahminlerden farklıdır. Los Angeles Kaliforniya Üniversitesi'nde fizik ve astronomi profesörü ve Stroboscope Ulusal Bilim Vakfı Bilim ve Teknoloji Merkezi direktör yardımcısı John Miao şunları söyledi: Bu gerçekten öncü bir deneydir yalnızca tek tek atomları yüksek hassasiyetle bulup tanımlayabilmekle kalmaz, aynı zamanda Dört boyutlu uzay zamanında hareketlerini ilk kez izlemek için. Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı, Colorado Boulder Üniversitesi, Buffalo Üniversitesi ve Nevada Reno Üniversitesi'nden ortak çalışanların da dahil olduğu ekibin araştırması, önceki araştırma ekibi tarafından geliştirilen güçlü görüntüleme teknolojisine dayanmaktadır.
Bu yönteme "atomik elektron tomografisi" denir ve elektronlarla örnekleri görüntülemek için Berkeley Lab's Molecular Foundry'de son teknoloji ürünü bir elektron mikroskobu kullanır. Örnek, tıpkı bir CAT taramasının insan vücudunun üç boyutlu bir röntgenini oluşturması ve atomik elektron tomografisinin malzemedeki atomların şaşırtıcı bir üç boyutlu görüntüsünü oluşturması gibi döndürülür. Nanopartiküller oluşturabilen, çok küçük olan ve bir insan saçının genişliğini kaplamak için 10.000'den fazla nanopartikülün yan yana yerleştirilmesini gerektiren bir demir-platin alaşımını araştırdı. Bilim adamları, çekirdeklenme sürecini incelemek için nanopartikülleri 520 santigrat dereceye kadar ısıttılar. Sırasıyla 9 dakika, 16 dakika ve 26 dakika sonra fotoğraf çekin Bu sıcaklıkta alaşım iki farklı katı faz arasında değişir.
Bu iki durumda alaşım çıplak gözle aynı görünse de yakın gözlem, üç boyutlu atomik düzenlemenin farklı olduğunu göstermektedir. Isıtıldıktan sonra, yapı dağınık bir kimyasal durumdan daha düzenli bir yapıya dönüşür ve dönüşümlü olarak atomik demir ve platin katmanları görünür. Alaşım değişikliği Rubik Küpü çözme ile karşılaştırılabilir - karışık fazın tüm renkleri rastgele karıştırılırken sıralı fazın tüm renkleri hizalanır.Araştırma ekibi bir nanopartikülde aynı 33 çekirdeği (bazıları 13 atom kadar küçük) izledi. İnsanlar samanlıkta iğne bulmanın zor olduğunu düşünürler.Bir trilyondan fazla atom arasında, aynı atomu üç farklı zamanda bulmak ne kadar zor?
Sonuçlar şaşırtıcı çünkü klasik çekirdeklenme teorisiyle çelişiyorlar. Bu teori çekirdeğin tamamen yuvarlak olduğunu savunuyor. Buna karşılık, bu çalışmada çekirdek düzensiz bir şekil oluşturdu. Teori ayrıca çekirdeğin keskin bir sınırı olduğunu da gösteriyor. Aksine araştırmacılar, her bir çekirdeğin bir çekirdek atomu içerdiğini, bu atomların yeni düzenli bir faz haline geldiğini gözlemlediler, ancak bu düzenleme, çekirdeğin yüzeyine gitgide yaklaşarak daha da karmaşık hale geliyor. Klasik çekirdeklenme teorisi ayrıca çekirdeğin belirli bir boyuta ulaştığında, yalnızca oradan büyüyeceğini belirtir.
Ancak süreç çok daha karmaşık görünüyor: İncelenen çekirdekler büyümeye ek olarak küçülür, bölünür ve birleşir ve bazıları tamamen çözülür. Birçok alanda çekirdeklenme temelde çözülmemiş bir sorundur, bir şeyi hayal edebildiğinizde onu nasıl kontrol edeceğinizi düşünmeye başlayabilirsiniz. Bu bulgular, klasik çekirdeklenme teorisinin fenomeni atom düzeyinde doğru bir şekilde tanımlayamadığına dair doğrudan kanıt sağlar. Çekirdekleşme ile ilgili keşifler, fizik, kimya, malzeme bilimi, çevre bilimi ve sinirbilim gibi çok çeşitli alanlardaki araştırmaları etkileyebilir. Atomların zaman içindeki hareketini yakalayan bu araştırma, geniş bir malzeme, kimya ve biyolojik fenomen yelpazesinin incelenmesi için yeni yollar açar.Bu devrim niteliğinde bir araştırma başarısıdır!
