Güneş'i aşan sıcaklık! Tek parçacıklı motor, termodinamiği sarsarak biyolojinin en büyük sırrını çözebilir

King's College London'daki (KCL) bilim insanları, dünyayı sarsacak bir buluşa imza attı. İnsan saç telinden binlerce kat küçük, sadece tek bir parçacıktan oluşan mikroskobik bir motor geliştiren araştırma ekibi, bu minyatür "enerji makinesini" o kadar yüksek sıcaklıklara ulaştırdı ki, elde edilen ısı değeri Güneş'in çekirdeğindeki tahmini sıcaklıkları bile aşarak yaklaşık 10 milyon dereceye dayandı. Bu olağanüstü deney, termodinamiğin temel yasalarını sorgularken, biyolojinin en büyük sırlarından biri olan proteinlerin gizemli çalışma mekanizmalarına da ışık tutma potansiyeli taşıyor.

SICAKLIK REKORU KIRILDI: PAUL TUZAĞINDA ASILI TEK PARÇACIK

Geleneksel motor tanımından çok uzak olan bu ultra-minyatür sistem, KCL araştırmacılarının "Paul Tuzağı" adını verdikleri sofistike bir elektrik alanında askıda tutulan tek bir mikroskobik parçacıktan oluşuyor. Araştırmacılar, bu askıdaki parçacığa özel olarak tasarlanmış, "gürültülü" diye nitelendirilen değişken bir voltaj uygulayarak parçacığın yoğun bir biçimde titreşmesini sağladı. Bu kontrol altındaki titreşim, sistemin termal enerjisini üstel bir artışla rekor seviyelere çıkardı ve bilim dünyasında daha önce görülmemiş sıcaklık değerlerine ulaştırdı.

Çalışmanın baş yazarı ve KCL Fizik Bölümü öğrencisi Molly Message, bu başarının sadece teknik bir rekor kırmakla kalmadığını, aynı zamanda doğa yasalarını en küçük ölçekte sınayan yeni deneyler için zemin hazırladığını belirtiyor.

TERMODİNAMİĞİN "AYIPLI" DAVRANIŞI: ISITILDIKÇA SOĞUYAN MOTOR

Ancak deneyin en çarpıcı yanı, motorun sergilediği "kural dışı" davranışlar oldu. Termodinamiğin bilinen yasalarına göre bir sisteme enerji (ısı) verildiğinde sıcaklığının artması beklenirken, bu mikroskobik motor bazı döngülerde tam tersi bir tepki verdi; yani ısıtılması gerekirken aniden soğudu.

Bilim insanları, bu paradoksal durumun atom altı ölçekteki mikrofluktuasyonlar (rastgele enerji dalgalanmaları) ve kuantum düzeyindeki gizli kuvvetlerle ilişkili olduğunu düşünüyor. Normalde büyük ölçekli sistemlerde önemsiz sayılan bu rastlantısal titreşimler, mikro dünyada enerjinin transfer biçimini kökten değiştiriyor ve klasik termodinamik yasalarını zorlayan sonuçlar doğuruyor.

BİYOLOJİNİN ANAHTARI: PROTEİN KATLANMASI VE NANOMAKİNELER

KCL ekibi, bu keşfin yankılarının yalnızca fiziğin sınırlarında kalmayacağını, tıp ve biyoloji alanında da devrim yaratabileceğini vurguluyor. Araştırmacılar, motorun çalışma prensibinin, vücuttaki yaşamsal fonksiyonların temeli olan proteinlerin doğru şekilde katlanma sürecini anlamaya yardımcı olabileceği görüşünde.

Proteinlerin yanlış katlanması; Alzheimer, Parkinson ve bazı kanser türleri gibi nörodejeneratif hastalıkların ana nedenlerinden biri olarak biliniyor. Bilgisayar destekli simülasyonların milisaniye ile nanosaniye arasındaki büyük zaman farkları nedeniyle yetersiz kaldığı bu karmaşık biyolojik süreç, atom ölçeğinde çalışan bu motor sayesinde doğrudan fiziksel bir model üzerinden gözlemlenebilir hale geliyor. Bu yeni yaklaşım, hem daha az enerji tüketen, hem de çok daha hızlı sonuç veren bir keşif yolculuğunun kapısını aralıyor.

Dr. Jonathan Pritchett liderliğindeki ekip, enerji transferinin mikro sistemlerde nasıl işlediğini çözerek, gelecekte insan sağlığı için kritik önem taşıyan daha hassas nanomakineler, yeni nesil ilaç taşıyıcı sistemler ve biyolojik motorlar tasarlanabileceğini öngörüyor. Atomun sıradışı dansı, insan sağlığına uzanan yepyeni bir bilimsel köprü kurmuş durumda.