Her Çarşamba Radyo Trafik Ankara'da yayınlanan "Teknoloji Trafiği" programında, Bilkent Üniversitesi Öğretim Üyesi Dr. Deniz Aybaş, manyetik rezonans cihazlarının maliyetlerini, karanlık maddeyle ilgili yeni keşifleri ve manyetik alanların bilimsel rolünü detaylı bir şekilde ele aldı.
"Deneysel Atom ve Moleküler Optik Fizik Araştırma Grubu"nu kurduğunu belirten Aybaş, optik manyetometreler üzerine çalışmalar yaptığını dile getirerek manyetometrelerin ne olduğunu şöyle açıkladı:
“En basit şekilde anlatmak gerekirse, optik manyetometre, ışık kullanarak manyetik alanları ölçme cihazıdır. Bu ölçümde ışık ile manyetik alan arasında bir aracı görevini atomlar üstlenir. Örneğin, alkali metal atomlarını gaz halinde bir cam kürenin içine hapsediyoruz. Ortamdaki manyetik alan, bu atomların dönülerini ve enerji seviyelerini etkiliyor. Atomların bu değişimlerini ışıkla ölçebiliyoruz. Manyetik alanın atomlara etkisiyle atomların dönüsünde meydana gelen değişiklikler, ışığın polarizasyonuna yansır. Biz de bu polarizasyon değişimlerini elektronik cihazlarla analiz ederek manyetik alanı tespit ediyoruz.”
“Manyetik Alanlar Çok Önemli”
Aybaş, manyetik alanların doğanın temel yapı taşlarından biri olduğunu belirtti. "Manyetik alan, doğanın temel yapı taşlarından biridir ve çok önemli bilgiler barındırabilir" diyen Aybaş, araştırmalarının iki temel alanına da değindi. Aybaş, “Birincisi, karanlık madde parçacıklarından biri olan aksiyonların manyetik imzasını yakalamak. Aksiyon, karanlık madde adayı bir parçacıktır ve manyetik alanlarla etkileşime girer. Bu imzayı tespit etmek için yüksek hassasiyete sahip sensörler geliştirmeye çalışıyoruz” dedi. İkinci ilgi alanlarının ise sıfır ya da çok düşük manyetik alanlarda (ZULF - Zero Ultra Low Field) nükleer manyetik rezonans (NMR) ölçümleri olduğunu ifade etti. Bu alanda yaptıkları çalışmaların, gelecekte düşük maliyetli manyetik rezonans görüntüleme cihazlarının geliştirilmesine katkı sağlayabileceğini aktardı.
“Fizik Zaman Zaman Karmaşık Görünebilir”
Aybaş, fiziksel kavramların genellikle karmaşık algılandığını ancak bu konuları daha anlaşılır hale getirmek için çalıştıklarını belirterek, “Fizik zaman zaman karmaşık görünebilir. Ancak araştırmalarımızı sadeleştirerek anlatmak mümkündür. Örneğin, karanlık madde ya da manyetik rezonans gibi kavramları günlük hayatta karşılaşabileceğimiz örneklerle açıklamaya çalışıyoruz. Böylelikle bilime olan ilgiyi artırmayı ve farkındalık yaratmayı hedefliyoruz” diye konuştu.
Manyetik Rezonansın Temel Çalışma Prensipleri
Bilkent Üniversitesi Fizik Bölümü Öğretim Üyesi Dr. Deniz Aybaş, manyetik rezonans (MR) cihazlarının çalışma prensipleri ve maliyetleri hakkında önemli bilgiler paylaştı. Aybaş, MR cihazlarının yüksek maliyetinin ardında yatan sebepler ve yeni araştırmalarını detaylı bir şekilde açıkladı.
“Manyetik rezonans (MR), atomları ya da bir nesneyi çok yüksek bir manyetik alan içine sokarak, atomların ve elektronların içinde doğal olarak bulunan 'spin' özelliğinin belirli bir yöne itilmesidir” şeklinde konuşan Aybaş, spin terimini ise şöyle açıkladı:
“Spin, aslında pusula gibi bir şeydir. Pusulada ferromanyetik bir iğne kuzey ya da güney yönünü gösterir. Atomlar ve elektronlar da manyetik alan etkisi altındayken belirli bir yöne dönmek isterler. İlk başta bu özelliğe 'spin' dedik çünkü atomların döndüğünü düşündük. Ancak aslında dönmediklerini daha sonra keşfettik. Yine de bu isim kaldı çünkü onların bu içsel özelliklerini tarif ediyor.”
“MR Cihazlarının Yüksek Maliyeti”
Aybaş, bu cihazların temelinde yatan yüksek manyetik alanın çok pahalı olduğuna dikkat çekerek, “MR cihazlarının temelini yüksek manyetik alan oluşturur. Bu cihazlarda, yuvarlak bir silindire girersiniz. O silindirin içinde süper iletken bir telden yapılmış bir bobin vardır. Bu bobin, çok yüksek manyetik alan üretebilmek için tasarlanmıştır.” dedi.
Aybaş, ayrıca süper iletkenlerin çalışabilmesi için inanılmaz derecede soğutulması gerektiğine dikkat çekti. Aybaş, “Örneğin, yaklaşık -270 santigrat dereceye, yani 4 kelvine kadar soğutulması gerekir. Bunun için sıvı helyum kullanılır. Ancak sıvı helyum, dünyada çok sınırlı bir rezerve sahip ve oldukça pahalıdır” diyerek bu durumun maliyetleri artırdığını ifade etti.
Yüksek Manyetik Alan Ne İşe Yarıyor?
Yüksek manyetik alanın ne işe yaradığına ilişkin konuşan Aybaş,“Yüksek manyetik alanın amacı, vücudunuzdaki tüm atomların spinlerini aynı yöne döndürmektir. Yani, her biri bir pusula gibi davranan atomların hepsini aynı yöne baktırırsanız, sinyal çok daha güçlü olur” açıklamasını yaptı.
Bunu daha anlaşılır bir şekilde örnekleyen Aybaş, “Bir odada 50 kişi düşünün. Eğer herkes aynı yöne bakarak şarkı söylerse ve siz tam karşılarında durursanız, sesi çok net ve güçlü duyarsınız. Ama bu 50 kişi bir çember etrafında şarkı söylerse, ses size çok daha az ulaşır. MR cihazlarında atomların spinlerini aynı yöne baktırarak daha güçlü bir sinyal elde ediyoruz” dedi.
Yeni Yöntem: Düşük Manyetik Alanlarla Çalışma
Aybaş, kendi araştırmalarında MR cihazlarının çalışma prensiplerinden farklı bir yöntem kullandıklarını belirterek, şu ifadeleri kullandı:
“Biz atomların spinlerini aynı yöne döndürmek yerine olduğu gibi bırakıyoruz. Yani, atomların her biri farklı yönlere bakabilir. Bunun yerine, yüksek hassasiyetli sensörler kullanarak spinler arasındaki birebir etkileşimi ölçmeyi hedefliyoruz. Bu yeni yaklaşım, yüksek manyetik alan üretmeye gerek kalmadan düşük manyetik alan ortamlarında bile spinler arasındaki etkileşimleri hassas bir şekilde ölçmeyi mümkün kılıyor.
Atomik Fizik Nedir?
Aybaş, atomik fiziği açıklarken bu alanın temelinin kuantum mekaniğine dayandığını vurguladı. "Kuantum mekaniği bulunmasaydı, atomik fiziği anlamamız mümkün olmazdı" diyen Aybaş, atomik fiziğin, atomun çekirdeği yerine çevresindeki elektronların enerji düzeylerini incelediğini belirtti. Atomları en basit haliyle bir piyanoya benzeten Aybaş, her tuşun belirli bir nota çaldığını ve her notanın bir frekansa sahip olduğunu açıkladı. Elektronların da atomun etrafındaki belirli enerji seviyelerinde bulunduklarını, ancak bu seviyeler arasında geçişler yaptıklarını ifade etti.
Aybaş, atomik fiziğin önemli başarılarından birinin, kuantum mekaniği tarafından önerilen matematiksel denklemlerin deneylerle doğrulanması olduğunu söyledi. "Fizik, görsel bir iknadan çok denklemlerle yapılan hesaplamalar ve bu hesaplamaların deneylerle doğrulanması üzerine kurulu bir disiplindir" diye konuşan Aybaş, fiziksel olayları gözlemlemektense bu olayları ölçme ve teoriyle uyumlu hale getirme amacının esas olduğunu belirtti.
Elektronları Görüntülemek Mümkün mü?
Aybaş, atom ve elektronları fiziksel olarak görüntülemenin mümkün olmadığını, çünkü elektronların ışık hızına yakın bir hızla hareket ettiklerini ve belirli bir yerde bulunmadıklarını söyledi. Bunun yerine, elektronların enerji seviyelerindeki geçişleri ve bu geçişler sırasında yayılan fotonları ölçerek elektronların durumu hakkında bilgi sahibi olduklarını aktararak, "Elektronların kendilerini değil, enerji alışverişlerini ölçüyoruz" dedi.
Karanlık Madde: Gizemli Bir Madde Türü
Programda karanlık madde konusuna da değinildi. Aybaş, karanlık maddenin ışıkla etkileşime girmediği için gözlemlerle doğrudan görülemeyen bir madde olduğunu belirtti. Karanlık maddeye, henüz doğrudan gözlemlerle keşfedilemediği için "karanlık" denildiğini ifade eden Aybaş, evrenin yüzde 23'ünü oluşturan bu maddelerin galaksilerin merkezlerinde yoğunlaştığını ve galaksilerin etrafında farklı kümelenme alanları oluşturduğunu söyledi.
Karanlık Maddeyi Nasıl Keşfederiz?
Aybaş, karanlık maddeyi keşfetmenin, onun etkileşimde bulunduğu özel "imzaları" ölçmekle mümkün olduğunu belirtti. Bu imzaların, karanlık maddeye ait parçacıkların varlığına dair ipuçları verdiğini vurguladı. Ancak karanlık maddenin varlığının kesin olarak kanıtlanmadığını, bazı fizikçilerin karanlık maddeyi sorguladıklarını da dile getirdi. Aybaş, şu anki en büyük araştırma hedefinin karanlık maddenin varlığını kanıtlamak ve bu maddelerin hangi parçacıklardan oluştuğunu anlamak olduğunu söyledi.
Son olarak, karanlık madde üzerine yapılan araştırmaların henüz kesin sonuçlar vermediğini belirten Aybaş, ancak bu alandaki deneylerin, karanlık maddenin doğası hakkında önemli ipuçları sunduğunu ifade etti. Karanlık maddenin, evrenin yapısı ve evrimi konusunda önemli bir anahtar olabileceğini belirten Aybaş, bu konuda yapılan araştırmaların gelecekte büyük keşiflere yol açabileceğini söyledi.
