Avstriya Elm və Texnologiya İnstitutu tərəfindən

Sadie Harley tərəfindən redaktə edilmiş , Robert Eqan tərəfindən nəzərdən keçirilmişdir

 Redaktorların qeydləriYaşıl tamaşa. Qoruyucu gözlüklə ISTA PHD tələbəsi Andrea Stöllner iki lazer şüasının bir hissəciyi tutduğu eksperimental kameraya (ön planda) nəzər salır. Hər dəfə bir elektron olan alim ümid edir ki, onun işi kiçik hissəciklərin necə davrandığına dair sirləri açacaq və buludların elektrikləşdirilməsinə dair elmi araşdırmanı irəli aparacaq. Tutulan hissəciyin yaşıl parıltısı azaldıqca, Stöllner başqasını tutmaq üçün dərhal quraşdırmasını yenidən başladır. Kredit: ISTA

Buludun elektrikləşdirilməsini başa düşmək üçün lazerlərdən cımbız kimi istifadə elmi fantastika kimi səslənə bilər, lakin Avstriya Elm və Texnologiya İnstitutunda (ISTA) bu, reallıqdır. Tədqiqatçılar mikron ölçülü hissəcikləri lazerlərlə tutaraq və doldurmaqla onların zamanla doldurulma və boşalma dinamikasını müşahidə edə bilərlər.

Physical Review Letters jurnalında dərc olunan bu üsul, ildırımları nəyin alovlandırdığına dair əsas anlayışları təmin edə bilər.

Aerozollar havada üzən maye və ya bərk hissəciklərdir . Onlar bizim ətrafımızdadır. Bəziləri böyük və görünəndir, məsələn, yazda polen, digərləri, məsələn, qrip mövsümündə yayılan viruslar adi gözlə aşkar edilə bilməz. Bəzilərini hətta dəniz kənarında nəfəs aldığımız havadakı duz kristalları kimi dad edə bilərik.

Ph.D. Avstriya Elm və Texnologiya İnstitutunun (ISTA) Waitukaitis və Müller qruplarının bir hissəsi olan tələbə Andrea Stöllner buludlardakı buz kristallarına diqqət yetirir. Avstriyalı alim bu buz kristallarının necə yığıldığını və elektrik yükü ilə qarşılıqlı əlaqəsini araşdırmaq üçün model aerozollardan – kiçik, şəffaf silisium hissəciklərindən istifadə edir .

Stöllner, keçmiş ISTA postdoc Isaac Lenton, ISTA assistent professor Scott Waitukaitis və başqaları ilə birlikdə iki lazer şüasından istifadə edərək tək silisium hissəciyini tutmaq, saxlamaq və elektriklə doldurmaq üçün bir üsul inkişaf etdirdi. Bu yanaşma buludların necə elektrikləşdiyini və şimşək çaxmasının səbəbini aydınlaşdırmaq da daxil olmaqla, müxtəlif sahələrdə tətbiq potensialına malikdir.Oyna

00:00

00:13SəssizParametrlərPIPTam ekrana daxil olun

Lazer cımbızları aerozol hissəciklərini yerində bağlayır

Stöllner parlaq metal qadcetlərlə örtülmüş böyük stolun qarşısında dayanır. Yaşıl lazer şüaları kosmosu kəsərək bir sıra kiçik güzgülər arasından sıçrayır. Masadan təkərdən çıxan hava kimi əsmə səsi gəlir.

“Bu, titrəmə əleyhinə masadır” deyə Stöllner izah edir və onun otaqdan və yaxınlıqdakı avadanlıqdan gələn hər hansı vibrasiyanın udulmasında mühüm rolunu qeyd edir – lazerlərlə dəqiq iş üçün vacibdir.

Şüalar bir növ maneə kursunun ətrafında ziqzaq edir və nəticədə konteynerə çevrilən iki axına çevrilir. Burada iki şüa birləşərək “tələ” yaradır ki, burada kiçik obyektlər yalnız işıqla sabit saxlanılır və “optik maqqaş” rolunu oynayır.Eksperimental quraşdırmanın tənzimlənməsi. Andrea Stöllner anti-vibrasiya masasında lazer şüalarının, güzgülərin və kameraların oriyentasiyasını dəqiq tənzimləyir. Kredit: ISTA

Bu sehrli qutunun içərisində hissəciklər bu cımbızların yanından keçir. Birdən, bum! Müvəffəqiyyəti bildirən yaşıl bir parıltı görünür: Mükəmməl yuvarlaq, canlı yaşıl parıldayan aerozol hissəcikləri tutuldu və cımbızla möhkəm tutulur.

Stöllner iki il əvvəl Miladdan bir az əvvəl keçirdiyi Evrika anını xatırlayarkən deyir: “İlk dəfə bir hissəcik tutmuşam, ayın üstündəydim”.

“Scott Waitukaitis və həmkarlarım laboratoriyaya qaçdılar və tutulan aerozol hissəciyinə qısa bir nəzər saldılar. Bu, düz üç dəqiqə çəkdi, sonra hissəcik yox oldu. İndi biz onu həftələrlə o vəziyyətdə saxlaya bilərik.”

Stöllnerə keçmiş ISTA həmkarı Lenton tərəfindən hazırlanmış quraşdırmanın əvvəlki versiyasından başlayaraq etibarlı məlumat təmin edə biləcək bir təcrübə əldə etmək üçün təxminən dörd il çəkdi .

Stöllner izah edir: “Əslində bizim qurğumuz sadəcə bir hissəciyi saxlamaq, onun yükünü təhlil etmək və rütubətin onun yüklərini necə dəyişdiyini anlamaq üçün qurulub”. “Amma biz heç vaxt bu qədər irəli getməmişik. İstifadə etdiyimiz lazerin özü aerozol hissəciklərimizi doldurduğunu öyrəndik.”

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, yeniliklər və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniləmələr əldə edin .

Elektronların çıxarılması

Alim və onun həmkarları aşkar ediblər ki, lazerlər hissəciyi “iki fotonlu proses” vasitəsilə yükləyir.

Tipik olaraq, aerozol hissəcikləri neytral yüklüyə yaxındır, hissəciyin hər atomunda elektronlar (mənfi yüklü varlıqlar) fırlanır.

Lazer şüaları fotonlardan (işıq sürəti ilə hərəkət edən işıq zərrəcikləri) ibarətdir və bu fotonlardan ikisi eyni vaxtda udulduğunda, hissəcikdən bir elektronu “qovub çıxara” bilirlər. Bu yolla hissəcik bir elementar müsbət yük qazanır. Addım-addım getdikcə müsbət yüklənir.

Stöllner üçün bu mexanizmin açılması onun tədqiqatında istifadə edə biləcəyi həyəcanverici bir kəşfdir. “Biz indi bir aerozol hissəciyinin təkamülünü dəqiq şəkildə müşahidə edə bilərik, çünki o, neytraldan yüksək yüklüyə qədər yüklənir və sürəti idarə etmək üçün lazer gücünü tənzimləyir.”

Bu müşahidə onu da göstərir ki, hissəcik müsbət yükləndikcə boşalmağa başlayır, yəni hərdən-bir kortəbii partlayışlar zamanı yük buraxır.

Başımızın üstündə, buludlarda da oxşar bir şey baş verə bilər.

İldırımda qapağı qaldırırsınız?

Tufan buludlarında buz kristalları və daha böyük buz qranulları var. Bunlar toqquşduqda elektrik yükləri mübadiləsi aparırlar. Nəhayət, bulud o qədər yüklənir ki, ildırım əmələ gəlir.

Bir nəzəriyyə göstərir ki, ildırımın ilk kiçik qığılcımları yüklü buz kristallarının özlərində başlaya bilər. Bununla belə, ildırım meydana gəlməsi fenomeninin arxasında duran dəqiq elm sirr olaraq qalır.

Alternativ nəzəriyyələr isə, kosmik şüaların yaratdığı yüklü hissəciklərin əvvəlcədən mövcud olan elektrik sahələrindən sürətlənərək prosesi başlatmasını təklif edir. Stöllnerin fikrincə, elmi ictimaiyyətdə mövcud anlayış budur ki, hər iki halda buludlardakı elektrik sahəsi ildırım vurmaq üçün çox aşağı görünür.

Stöllner izah edir: “Bizim yeni qurğumuz zamanla hissəciklərin yüklənmə dinamikasını yaxından tədqiq etməklə buz kristalları nəzəriyyəsini araşdırmağa imkan verir”.

Buludlardakı buz kristalları model olanlardan çox böyük olsa da, ISTA alimləri böyük mənzərəni daha yaxşı başa düşmək üçün indi bu mikromiqyaslı qarşılıqlı əlaqənin şifrəsini açmağa çalışırlar.

Stöllner deyir: “Bizim model buz kristallarımız boşalma göstərir və bəlkə də daha çox şey var. Təsəvvür edin ki, onlar nəhayət super kiçik ildırım qığılcımları yaratsalar, bu çox gözəl olardı”.

Ətraflı məlumat: Havadakı mikrohissəciklərin yükünü eyni vaxtda tutmaq, yükləmək və ölçmək üçün optik maqqaşlardan istifadə, Fiziki Baxış məktubları (2025). DOI: 10.1103/5xd9-4tjj

Jurnal məlumatı: Fiziki baxış məktubları 

Avstriya Elm və Texnologiya İnstitutu tərəfindən təmin edilmişdir