Bilim insanları İsviçre'de suyun içindeki oksijen atomlarını ilk kez görüntüledi

İsviçre'de bulunan École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) Plazma Merkezi'nde gerçekleştirilen bir araştırma, suyun içinde serbest halde bulunan oksijen atomlarının ilk kez doğrudan görüntülenmesini sağladı. Bilim insanları, bu atomların su içinde birkaç milyonuncu saniye boyunca, yani yaklaşık on mikro saniye kadar varlıklarını koruyabildiğini tespit etti. Elde edilen bulgular, oksijen atomlarının sıvı ortamlarda beklenenden çok daha uzun süre hareket edebildiğini göstererek, kimya ve biyoloji alanlarında önemli yeni soruların kapısını araladı.

Oksijen atomlarının su içindeki yolculuğu

EPFL Plazma Merkezi'nde doktora sonrası araştırmacı olarak görev yapan Brayden Myers liderliğindeki ekip, suyun içinde serbest halde bulunan oksijen atomlarının davranışını incelemek için gelişmiş lazer teknolojilerinden yararlandı. Araştırmacılar, bu atomları tespit edebilmek amacıyla ultrahızlı bir lazer sistemi kullandı ve suda çözünmüş oksijen atomlarından yayılan zayıf ışık parıltılarını kaydetti. Deneyler sırasında, atomların suyun yüzeyinden yüzlerce mikrometre derine inebildiği ve burada da varlıklarını sürdürebildiği ortaya çıktı. Bu gözlemler, oksijen atomlarının sadece suyun yüzeyinde değil, aynı zamanda daha derin tabakalarda da hareket edebildiğini ve çözünmüş halde kalabildiğini gösterdi.

Oksijen atomlarının bu kadar uzun süre hayatta kalabilmesi, bilim dünyasında büyük ilgi uyandırdı. Çünkü daha önce yapılan modeller, bu atomların su içinde çok kısa süre var olabileceğini öngörüyordu. Ancak yeni bulgular, oksijen atomlarının mikro saniye ölçeğinde suyun içinde hareket edebildiğini ve bu süreçte çeşitli kimyasal reaksiyonlara girebildiğini ortaya koydu. Araştırmacılar, bu verilerin, özellikle plazma teknolojisinin tıp, endüstri ve çevre uygulamalarında kullanılmasına yönelik yeni stratejilerin geliştirilmesine katkı sağlayacağını belirtiyor.

Ultrahızlı lazerlerle görünmeyeni görünür kılmak

Bilim insanları, oksijen atomlarını suyun içinde tespit etmek için femtosaniye lazer darbeleri kullandı. Femtosaniye, bir saniyenin bir milyon milyarda biri kadar kısa bir zaman dilimini ifade ediyor ve bu teknoloji sayesinde atomik düzeydeki olaylar anlık olarak izlenebiliyor. Deneyde, mikroplazma jeti adı verilen bir yöntemle helyum ve oksijen karışımı, deiyonize suyun üzerine yönlendirildi. Bu sayede, suyun içine taze oksijen atomları enjekte edildi ve atomların hareketleri izlenebildi.

Araştırmacılar, iki foton emilimiyle lazerle indüklenen floresans tekniğini kullanarak oksijen atomlarının yaydığı zayıf ışık parıltılarını kaydetti. Bu yöntemle, atomlar ultraviyole lazer darbesiyle uyarıldı ve daha yüksek enerji seviyesine çıkarıldı. Ardından, atomlar enerji kaybederek kameranın tespit edebileceği bir parıltı yaydı. Elde edilen görüntüler, oksijen atomlarının sadece yüzeyde değil, suyun daha derinlerinde de varlığını sürdürebildiğini net bir şekilde ortaya koydu.

Oksijen atomlarının kimyasal etkileri ve uygulama potansiyeli

Oksijen atomları, kimyagerler tarafından "reaktif oksijen türleri" olarak adlandırılan ve çevredeki moleküllerle hızla reaksiyona giren yüksek enerjili formlar arasında yer alıyor. Bu atomlar, tek bir eşleşmemiş elektron taşıdıkları için oldukça güçlü oksitleyici özellik gösteriyor. Araştırmada elde edilen bulgular, sıvı ortamlarda oksijen atomlarının varlık süresinin ve hareket mesafesinin kontrol edilebilmesi halinde, özellikle yüzey sterilizasyonu ve sağlık hizmetlerinde yeni plazma işlenmiş su uygulamalarının geliştirilebileceğini ortaya koydu.

Bilim insanları, suyun her bir santimetreküpünde yaklaşık on katrilyon oksijen atomu yoğunluğu tespit etti. Kimyasal analizler ise bu atomların çoğunlukla çözünmüş oksijenle reaksiyona girerek ozon oluşturduğunu gösterdi. Ayrıca, gaz ve sıvı ölçümlerinin karşılaştırılması sonucunda, gaz yoğunlukları ile çözünmüş oksijen miktarları arasında bir ilişki kuran Henry yasası sabiti de hesaplandı. Bu veriler, plazma teknolojisinin sıvı ortamlarda nasıl çalıştığını anlamak için önemli bir temel oluşturuyor.