Çekmecedeki süpersonik deney: Koli bandı açarken ses duvarını aşıyoruz

Bilim insanları evrenin karanlık maddesini ya da atom altı parçacıkların davranışlarını anlamak için milyarlarca dolarlık projeler yürütürken, gündelik hayatta kullanılan basit bir koli bandı da kendi içinde karmaşık fiziksel süreçler barındırıyor. Çekmecede duran sıradan bir bant rulosu, açıldığı anda hem ışık hem de yüksek enerjili radyasyon üretebiliyor.

Bant açıldığında ortaya çıkan görünmez enerji

Bir koli bandı hızla çekilip açıldığında duyulan tiz sesin yanı sıra, karanlık bir ortamda fark edilebilen mavi bir parıltı da oluşabiliyor. Yapılan araştırmalar, bu sırada yalnızca görünür ışığın değil, çıplak gözle algılanamayan X-ışınlarının da yayıldığını ortaya koydu.

Bu ışık üretimi, “tribolüminesans” olarak adlandırılan fiziksel bir olgunun sonucu. Tribolüminesans, bir maddenin mekanik bir etkiyle —örneğin kırılma, sürtünme ya da ani ayrılma— ışık yayması anlamına geliyor. Sert bir şeker parçasının kırıldığında küçük kıvılcımlar oluşturmasıyla aynı prensip, bant yüzeyinin rulodan ayrılması sırasında da devreye giriyor.

Mavi parıltının ardındaki mekanizma

Bandın yapışkan yüzeyi rulodan ayrılırken iki yüzey arasında ani bir elektrik yükü dengesizliği oluşuyor. Yüzeyler birbirinden uzaklaştıkça aralarındaki voltaj hızla artıyor. Kritik eşik aşıldığında ise elektriksel bir boşalma meydana geliyor.

Bu boşalma, çevredeki gaz moleküllerini uyararak ışık yayılmasına neden oluyor. Deneyler, bu işlemin farklı gaz ortamlarında farklı sonuçlar verdiğini gösteriyor. Örneğin neon gazı bulunan bir ortamda bant açıldığında oluşan ışığın rengi maviden kırmızıya dönüyor. Bu bulgu, parıltının kaynağının doğrudan ortamdaki gaz moleküllerinin uyarılması olduğunu doğruluyor.

Sesten hızlı çatlaklar

Bant açılırken duyulan keskin ve rahatsız edici ses de karmaşık bir fiziksel sürecin ürünü. İlk bakışta bant yüzeyden düzgün ve kesintisiz biçimde ayrılıyormuş gibi görünse de, mikroskobik ölçekte durum farklı.

Yüksek hızlı kameralar ve hassas ses kayıt ekipmanlarıyla yapılan incelemelerde, bandın “yapışma-kayma” adı verilen kesikli bir hareket sergilediği belirlendi. Yüzeyden ayrılma süreci, milisaniyelik aralıklarla gerçekleşen küçük sıçramalar halinde ilerliyor.

Bu sıçramalar sırasında bandın yapışkan tabakasında, açılma yönüne dik doğrultuda binlerce mikro çatlak oluşuyor. Araştırmalar, bu çatlakların havadaki ses hızını aşan, yani süpersonik hızlara ulaşabildiğini ortaya koydu.

Şok dalgaları ve o tanıdık “çığlık”

Bandın yüzeyden bu denli hızlı kopması, bant ile yüzey arasında anlık bir vakum boşluğu yaratıyor. Hava bu boşluğu doldurmak üzere harekete geçse de, çatlakların ilerleme hızı nedeniyle denge anında sağlanamıyor.

Oluşan boşluk bandın kenarına ulaşıp dış ortam havasıyla karşılaştığında, arka arkaya zayıf şok dalgaları meydana geliyor. İnsan kulağının duyduğu o tiz ve keskin ses, bu şok dalgalarının birleşik etkisinden kaynaklanıyor.

Gündelik bir paketleme işlemi sırasında gerçekleşen bu olay, sıradan bir bant rulosunun bile yüksek enerjili fiziksel süreçlere sahne olduğunu gösteriyor. Görünürde basit bir hareket, mikroskobik ölçekte ışık üretiminden süpersonik çatlaklara kadar uzanan karmaşık bir zinciri tetikliyor.