Kuantum mekanik nedir, hangi alanlarda kullanılır? Dr. Esen Ercan Alp yanıtladı
videosundan fısıltılanmıştır. Videoya ulaşmak için Linki kullanabilirsiniz https://www.youtube.com/watch?v=_7MpWXB4hvw.
…bilgisayar çalışmayacak, otomobilinizin GPS’i çalışmayacak, göstergenleri büyük… Çocuğunuz bile akşam eve gittiğinizde kızacak bu niye çalışmıyor benim iPad’im diye yani. O düzeye geldi artık. Demek ki… Bütün bunlar Quantum’la ilgili yani. Bütün bunların hepsi Quantum. Galiba sağlık sıra aldığı da çok önemli. Evet sağlığa bakalım. Bu da güzel bir konu aslında. 14 numaralı slide. 14 arkadaşlar. Şimdi deyip şeyden bahsetmiştik hatırlarsanız Pozitron’un keşfi. Evet. Dedik çok önemli bir keşif. Neden? 19 numaralı fluorine atomu yani 18 normalde izotopu var 19 110 dakikada bir çözülüyor. Radyoaktif çözülmeye uğruyor. 110 dakikada bir. 110 dakikada bir yarısı kayboluyor yani var olanların yarısı kayboluyor. Bu fluor izotopunun güzel tarafı şu. Hidroksillere çok çabuk bağlanabiliyor. Hidroksillere bağladığımız zaman biz bunu ilaç haline getirebiliyoruz. Ya da Teşhis için kullanabiliyoruz. Sizi bir hasta olarak bunu injekte ediyorlar vücudunuza. Kanserli hücrenin olduğu yere gidince yavaşlıyor ve orada kalıyor bir müddet. Nereden biliyor? Çünkü kanserli hücrenin doku yoğunluğu şeyden farklı. Diğer etrafındaki dokunlardan farklı. Bunu Pozitron oradayken yayınıyor. Yani Pozitron’un çünkü belli bir enerjisi var ve biz bunu dede görebiliyoruz. Sayaşlarımız var. Eğer biz bu sayaşları dört boyutlu, üç boyutlu yaparsak o zaman nerede olduğunu da buluyoruz. Doktor diyor ki sizin iki santimlik bir tümör gördüm. Göğsünüzde. Bunu takip almak zorundayız. Yani oraya zerk ettiği fluor deoksiglu kozun oradaki ışın kanserli hücrenin yoğunluğuyla farklı etkileşiminden
yaydığı ışığından orada kanserli coğranıyoruz. Bir tedavi başlatıyor size. Kematerapi olabilir, başka tedavi olabilir. Bir ay sonra gel tekrar çıkacağım diyor. Bir yıl sonra gel tekrar çıkacağım diyor. Bir müddet sonra sizin ilerledi mi büyüdü mü, küçüldü mü tedaviye cevap verdiniz mi bunu biliyorsunuz. Buna PET scan diyoruz. Bunun değişmiş çok ileri düzeyleri de var. Fakat burada gördüğünüz gibi bir nükleer çözünüm var. Bu kuantum mekanik.
Pozitron var. Pozitronun nasıl yoğun dedekt edeceğimizi yani göreceğimiz bir kuantum mekanik dedektörü. Dolayısıyla bunlar olmadan pozitron emission tomografiden yaralanmamız mümkün değil. Kesa, manyetik rezonans MR çektiriyor. MR neye dayanıyor? MR bir hidrojen atomu iki parçacıktan oluşuyor. Nötronu yok. Protonu var, elektronu var.
Elektron girdiği zaman bağlıyor, ortada bir tek proton kalıyor. Protonlar bizim fermiyon dediğimiz döngü momenti yarım olan parçacıklar. Biliyoruz bunu. Bir manyetik alan içine girdiğinde biz bunların nasıl eğimli olarak döndüğünü de biliyoruz. Frekansını da biliyoruz. Hangi frekansla döndüğünü de biliyoruz. Her dokuda, her bulunduğu ortamda farklı bir frekans gösteriyor. Biz bu frekansı dışardan
radyo dalgalarıyla kontrol edebiliriz. Eğer bu radyo dalgalarını bütün vücudumuzu yayacak şekilde görüntüleme sistemine çevirebilirsek o zaman bir protondan imaj alabiliriz. Nitekim bugün hasta olarak girdiğiniz zaman bu aletin içine çok büyük bir gürültüyle karşılaşırsınız. Hatta kulaklık veriyorlar.
Radyo frekans dedektörünün bütün şeyi kaplamak istemesinden dolayı çok sayıda var ve dönüyor bunlar. Şimdi MR teknolojisi neye dayanıyor? Süper iletken teknolojisine dayanıyor. Çünkü süper iletken olmadan 7 teslalık manyetik alan yaratamıyorsunuz. 7 teslalık manyetik alan yaratmak için içinde niyobiyum metali olan
niyobiyum titanyum ya da niyobiyum kalay olan tellerden yapılmış bir mıntı atısının uzun olması lazım ki sıvı hevyum sıcaklığına indirdiğiniz zaman yani eksi 269 dereceye indirdiğiniz zaman direncini kaybediyor. Direncini kaybetmesi yine bir kuantum olayı. Elektronlar dirençsiz bir şekilde istediğiniz kadar yıllarca kalabilir o şeyin içinde, devrenin içinde. Yeter ki soğuk tutun.
Bu elektronların yarattığı manyetik alan bize o hidrojen atomunun hangi frekansla döneceğini bulmamıza yardımcı oluyor. Fakat her hastanenin gücü yok sıvı heliyum alacak. Yani Türkiye’de birkaç yerde sıvı heliyum deneyi yapan fizik bölümü var. Her hastanenin bunu uzak yerlerde çölde, ormanlık alanlarda, uzak mecralarda nasıl yapacaksınız? Onun üzerine mühendisler diyorlar ki ya biz bunu 2 milimetre çözünürlükte olmasın, 2 milimetre çözünürlükte olsun ama biz bunun alanını düşürelim. 7 Tesla’dan 1 Tesla’ya, 1 Tesla’dan 1 Tesla’nı bindir mikro Tesla’ya kadar düşürüyorlar. Ve nitekim bugün 3. Dünya ülkelerinde, Brezilya falan gibi çok uzak büyük memleketlerde düşük frekanslı, düşük manyetik alanlı MR cihazları yapılıyor. Aynı sonucu oluyor mu? Aynı kesinlikle? Hayır.
Aynı kesinlikle. Yani her şey 1 milimetre, yarım milimetrede ölçülmek zorunda değil. Doktor için önemli olan onu görebilmesi, görebildiği anda çünkü kendi kontrolünü altına alabiliyor. Yani… Bu bildiğimiz büyük 7 Tesla’lık MR’ların şeyindir. Milimetre civarında. Daha aşağı inmiyor yani. İner. Kullandığınız, görüntüleme teknolojisindeki kullandığınız komputura bağlı 1. Onu yapan adamın software’ine bağlı 2.
Tabii. Yani bunların hepsi şu anda gelişmekte olan teknolojiler bitmiş değil. Nitekim Siemens gibi, General Electric gibi, Hitachi gibi, dünya devleri, tıp alanında da büyük dünya devleri. Tabii ki. Bunlar da yapıyorlar. GE gibi. Yani kuantum mekaniğin bugün günümüze girmediği bir alan yok. Her alanda… MR’ı da biz kuantum mekaniğin sayesinde ve özellikle de hidrojen atomunun bölünmesi sayesinde bilebiliriz. Yani daha doğrusu hidrojen atomunun elektronunu kaybettiğinde geriye kalan protonun sayesinde biz nerede ne oluyor görebiliyoruz. Peki hocam fermiyon nedir diye soruyorlar hemen. Fermiyon, dünyada iki cins parçacık var. Fermiyonlar ve Bozonlar. Yani şey gibi, demokratlar ve cumhuriyetçiler gibi. Bozonlar Maxwell-Boltzmann istatistiğine uyuyorlar. Bozon ne demek? Bunlar verilmiş isimler. Yani fermiyon işte
ferminin istatistik olarak bu parçacıkları tarif etmesinden geliyor. Boze bir Hindistanlı fizikçi. Boze-Einstein paper makalesi vardır. Boze aslında çok böyle formal eğitimi de olmayan bir adam olmasına almanın çok müthiş zeki bir adam yazıyor. Einstein’a yolluyor bütün çözümlerini ve Bozon dediğimiz parçacıklar aynı enerji seviyesinde çok sayıda bulunabilirler. Ama
protonlar, elektronlar gibi fermiyon olanlar ise aynı enerji seviyesinde ancak bence döngü momentleri birbirine tersse iki tane olabilir. O yüzden fermiyonlar demin gösterdiğim o enerji seviyelerine kafamıza göre elektron koyamıyoruz. Hani Moseley’in-Ceyin diagramını gösterdim ya. Oradaki enerji seviyelerinin her birinin kaç elektron alacağı o seviyenin döngü momentine bağlı.
Bunu da fermi gösterdiği için fermi fermiyon diyoruz. Bütün dünyadaki parçacıkları bu iki kademede alabiliriz. Bozonlar ve fermiyonlar. Higgs bozonunun diğer bozonlardan farkı ne? Benim çok iyi bilmediğim bir konuda girdiniz ama sadece şu kadarını söyleyeyim. Higgs bozonu bize şunu sağladı. Çekirdeğim, protonun içindeki quarkların kütlesini toplarsanız protonun kütlesinin çok küçük bir yüzdesini oluşturuyor. Geriye kalan ağırlık
Higgs bozonunun enerjiden maddeye dönüşmüş. Aslında maddeyi Higgs bozonuna borçluyor. Yoksa her şey dalga boyu olacakken bunun maddeye dönüşmesini Higgs bozonu sağlıyor. Yoksa bu masa dalga boy olarak kalacaktı. Bizi burayı tutamayacaktık. Üstüne telefonu koyamayacaktık. Konuşamayacaktık. Hiçbir şey olmayacaktı. Evreni biz Higgs bozonuna mı borçluyuz? Hayır sadece ona değil. Evren, Big Bang dediğimiz bu.
Büyük patlama. Hayır sonrasında o enerjiyi maddeye çeviren. Her şey var orada. Mesela hidrojen atomundan heliumun olması, heliumdan lityumun olması, lityumdan azot, oksijen, karbon olması, onlardan demir, bakır olması, onlardan işte plutonum, uranyum olması gibi çok büyük bir şeyden geçiyor. Kaskayı den geçiyor ve onun sayesinde biz bugünkü yaşadığımız
dünya var. Bunu da nasıl biliyoruz? Quantum mekanik sayesinde biliyoruz.