Işığın manyetik etkisi 180 yıllık bilim varsayımını değiştirdi

Bilim insanları tarafından gerçekleştirilen son dönem çalışmalar, elektromanyetik dalgaların bir malzeme içerisinden geçerken kendi manyetik bileşeni ile nasıl etkileşim kurduğunu ortaya koymaktadır. Bu bulgu, yüz seksen yıl boyunca fizik biliminin temel taşlarından biri olarak kabul edilen ve yalnızca ışığın elektrik alanı ile manyetizm arasındaki ilişkiyi dikkate alan bir varsayımı güncellemiştir. Keşfedilen bu fenomen, ışık ve madde arasındaki karmaşık etkileşimlerin daha derinlemesine anlaşılmasını sağlamakta ve gelecekteki teknolojik uygulamalar için yeni kapılar açmaktadır.

Faraday etkisinin tarihçesi ve temel ilkeleri

Faraday etkisi, ilk kez 1845 yılında ünlü fizikçi Michael Faraday tarafından tanımlanmış ve manyetizm ile ışık dalgaları arasındaki etkileşimin en eski kanıtlarını sunmuştur. Bu etki, şeffaf bir malzemeden geçen ışık huzmesinin, söz konusu malzeme bir manyetik alana maruz kaldığında nasıl değiştiğini açıklamaktadır. Özellikle bu durum, ışık huzmesinin polarizasyon yönünü, yani titreşim düzlemini değiştirmektedir. Işık polarize olmadığında, elektromanyetik salınımları çeşitli yönlerde meydana gelmektedir. Ancak polarize olmuş ışık, bu salınımları tek bir yön boyunca düzenli bir şekilde gerçekleştirir. Bunu anlamak için, kırışık bir kazağın liflerini düzleştirmeye benzetebiliriz; tıpkı lifler düzlendiğinde düzenli hale geldiği gibi, ışık da polarize olduğunda belirli bir düzlemde titreşir.

Yüz seksen yıllık varsayımın çöküşü

Faraday etkisinin ışığın polarizasyonu üzerindeki etkisinin, yalnızca elektromanyetik dalgalanmanın elektriksel bileşeninin malzemenin manyetizması ve ek manyetik alanla etkileşmesi meselesi olduğu uzun süredir bilim dünyasında kabul görmüştür. Ancak geçen yıl, Kudüs İbrani Üniversitesi'nden araştırma ekibi bu anlayışı sorgulamaya başlamıştır. Ekip, Faraday etkisinin tersinde, ışığın polarizasyonunun bir malzemede manyetik bir moment oluşturduğu durumda, manyetik tarafın ince ancak açık bir etkisini deneysel olarak göstermiştir. Bu keşif, bilim insanlarının daha derinlemesine araştırma yapmasına ve ışığın manyetik bileşeninin Faraday etkisinin kendisinde de rol oynayıp oynamadığını sorgulamasına yol açmıştır.

Araştırmanın metodolojisi ve hesaplamalar

Araştırmacılar, deneylerinin bulgularını katı malzemelerde manyetizmanın dinamiklerini tanımlayan Landau–Lifshitz–Gilbert denklemi temelinde karmaşık matematiksel hesaplamalarla birleştirmiştir. Bu yaklaşım, aynı ince etkileşimin Faraday etkisinin kendisinde de iş başında olup olmadığını belirlemelerine olanak sağlamıştır. Hesaplamalarını temel almak için, araştırmacılar manyetize edilebilen ve fiber optik ile telekomünikasyon teknolojilerinde yaygın olarak kullanılan Terbiyum-Galyum-Garnet kristalinin fiziksel modellerini kullanmıştır. Bu kristal, ışığın manyetik alanının etkisini incelemek için ideal bir malzeme olarak seçilmiştir. Yapılan hesaplamalar, ışığın manyetik alanının görünür dalga boylarında Faraday etkisinin yaklaşık yüzde on yedisine ve kızılötesi dalga boylarında yüzde yetmişine katkıda bulunduğunu öne sürmektedir. Bu bulgular, daha önce varsayıldığı gibi bu etkinin önemsiz olmaktan çok uzak olduğunu göstermektedir.

Işığın manyetik alanının madde ile etkileşimi

Araştırma sonuçları, Faraday etkisinin doğrudan ışığın salınımlı manyetik alanından etkilendiğini ve sadece elektrik alanından değil, her iki bileşenden de etkilendiğini göstermektedir. Fizikçi Amir Capua, bu bulguyu şöyle açıklamaktadır: Işık sadece maddeyi aydınlatmaz, aynı zamanda onu manyetik olarak etkiler. Statik manyetik alan ışığı büker ve ışık da karşılığında malzemenin manyetik özelliklerini ortaya çıkarır. Araştırma ekibi, ışığın manyetik kısmının birinci dereceden bir etkiye sahip olduğunu ve bu süreçte şaşırtıcı derecede aktif olduğunu bulmuştur. Bu keşif, ışığın manyetik alanının madde ile etkileşmesi için başka bir yol ortaya koymaktadır. Işık, bir elektronun yükü ile etkileşerek değil, onun temel yönlerinden biri olan spini ile etkileşerek maddeyi etkilemektedir. Her madde parçasındaki her elektronun hem yükü hem de spini bulunmaktadır.