Lazer fiziği alanında dünyada ilk olacak bir araştırma yapılacak. Türkiye tarihinde çok az sayıda bilim insanının almayı başardığı hibe sayesinde yeni bir lazer geliştirilebilecek.
Avrupa'nın en prestijli bireysel araştırma hibesi olan Avrupa Araştırma Konseyi (ERC) Gelişmiş Hibe (Advanced Grant) sayesinde 2,5 milyon euro 5 yıl süreyle dünyada eşi olmayan bir lazerin keşfedilmesi için kullanılacak.
Joker gibi görev yapacak evrensel bir lazer geliştirmeye çalışan Bilkent Üniversitesi'nden Doç. Dr. Ömer İlday, bu amaç için yeni yaklaşım geliştirdi ve buna "ikincil kilitlenme" ismi verildi.
Bu fikir, modern parçacık ve kuantum fiziğinin temelini oluşturan ikincil kuantizasyon kavramını lazerlere adapte etmeyi hedefliyor.
Böylece binlerce ışıl atımı lazerin içinde kendiliğinden yan yana dizilerek şimdiye kadar ulaşılamamış ultra yüksek frekanslara ulaşacak.
Dr. İlday, bu şekilde bir lazer gerçekleştirilebilirse, camdan canlı dokuya her türlü malzeme üzerinde yüksek hassasiyette etkin olabileceğini iddia ediyor.
Ultra hızlı lazerler sayesinde günümüzde de malzemeye hiç zarar vermeden çok hassas işlem yapılabiliyor. Örneğin, cep telefonu ekran camları böyle lazerlerle kesiliyor.
Ancak günümüzde bu tip lazerler hem yavaş hem pahalı hem de uygulamaya özelleşmiş oluyor. Örneğin, bir diş protezini 3 boyutlu basacak yazıcının lazeri ile aynı protezin yüzeyinin doku tutunması için optimize edecek bir lazer birbirinden tamamen farklı.
Oysa, bu işlemlerin tek bir sistemde birleştirilmesinin sayısız avantajı var. İlday, "Karmaşık bir sürü pahalı lazer kullanmaktansa tek bir tane evrensel lazer çözümü mümkün olmasını hedefliyoruz" diyor.
Dünyada ilk olan lazer çalışmasının detayları ile ilgili Bilkent Üniversitesi'nden Doç. Dr. Ömer İlday ile dünyada ilk olan lazer çalışmasının detaylarını Independent Türkçe'den Esra Öz'e anlattı.
Doç. Dr. Ömer İlday, Independent Türkçe için Esra Öz'ün sorularını yanıtladı
- Avrupa Araştırma Konseyi (ERC) Gelişmiş Hibe (Advanced Grant) nedir?
ERC Advanced Grant sadece hem yüksek getirisi olan hem de yüksek bilimsel riski olan sıra dışı fikirleri fonlayan dünyada eşi olmayan bir mekanizma.
Çok prestijli çünkü çok iyi bir değerlendirme süreci olduğu konusunda camianın güvenini kazanmış durumda. Temel değerlendirme kriterleri de hem adayın yani başvuran kişinin hem de önerilen fikrin bilimsel mükemmeliyetini kapsıyor.
Fikirdeki bilimsel mükemmeliyet derken, büyük ilerlemeler öne süren, sadece teknik değil, kavramsal yenilikler getirecek projeleri hedefliyor. Bu yapısıyla kolay kolay başka bir fon kaynağı tarafından desteklenemeyecek kadar cesur fikirleri hedefliyor.
- Türkiye'den bu zamana kadar kaç kişi aldı?
Bildiğim kadarıyla bu zamana kadar benimle birlikte Türkiye'den sadece 3 kişi aldı. Bu sene benimle aynı anda yine Bilkent Üniversitesi Elektrik Elektronik Bölümü'nden Tolga Duman aldı. Daha önce de Koç Üniversitesi'nden Hakan Ürey almıştı.
- Hibeyi kimler kazanabilir? Türkiye'den bu kadar az bilim insanının kazanmasının nedeni nedir? Bu hibe ne olması gerekiyor da kazanılabilsin?
Bu hibelere her camiadan her alandan insanlar başvurabiliyor. Hangi ulustan olduğunuz önemli değil. Hatta hangi ülkeden olduğunuz da önemli değil. Sadece projenizi Avrupa'dan bir ülkede hatta Avrupa ile afiliye Türkiye'nin de dahil olduğu ülkeler grubunda yapmanız gerekiyor. Dolayısıyla Japonya'dan başvurup, alıp projeyi aldıktan sonra Avrupa'ya taşımayı da planlayacak olabilirsiniz.
Konu ayrımı yapmıyorlar, matematikten sosyolojiye tıptan fiziğe kadar her alanda başvurulara açık. Alanlara göre paneller oluşturuluyor. Çok sayıda konulara göre panel var. Fiziksel bilimlerde yaklaşık 10 kadar farklı panel var, diğer bilim alanlarında da benzer şekilde paneller bulunuyor.
Kriterlerden bir tanesi de bilimsel mükemmeliyet yani, alanında lider ve belli bir konuda en önemli çalışmalara imza atmış, tanınmış kişiler olmanız bekleniyor. Advanced Grant almak için, aynı kuruluş ERC'nin üç grubu var. İlki başlangıç hibeleri, bunlara doktoranızı aldıktan en erken 2 yıl, en çok 7 yıl sonra başvurabiliyorsunuz.
Orta grup, toparlayıcı (consolidator) denilen hibeler var. Bunlar da ilk aşamanın süresi bittikten sonra başlıyor. Doktoradan 7 yıl sonra ve 12 yıla kadar uzayabiliyor.
Gelişmiş hibeye ise, orta dönem bittikten sonra başvurabiliyorsunuz. Bu hibe için bir üst sınır yok. Dolayısıyla alması en zor olanı çünkü rakiplerinizin bir üst sınırı yok. Sizden kariyer olarak 20 yıl ileride birisi, hatta Nobel almış bir bilim insanıyla aynı panelde yarışıyor olabilirsiniz.
-Peki, bu hibenin avantajları neler? Neler kazanıyorsunuz?
Hibenin finansal değeri araştırmamız için önemli ama kanımca ondan da önemli olarak saygınlığı birçok alanda önünüzü açacak seviyede. Ama tabii ki finansal desteğin güçlü ve 5 yıla yayılmış olması da önemli çünkü yüksek riskli, yüksek hedefli projeler uzun soluklu, sabırlı ve maliyetli çalışmalar gerektiriyor.
Tipik bilimsel projeler daha kısa süreli olur, en çok 3 yıla hatta 2 yıllık bir süre de olabiliyor. Bu şekilde kısa sureler haliyle daha az riskli fikirlere odaklanmayı gerektiriyor. Zaman baskısı olmadan araştırmacıların uzun dönemli finansal olarak da bir stres hissetmeden cömert bir destekle fikirlerin üzerine çalışılması çok önemli.
Ben maksimim limit olan 2,5 milyon Euro destek aldım. Orta düzey ERC için 2 milyon Euro, başlangıç seviyesi için bir buçuk milyon Euro üst sınırı var.
Yani ERC diyor ki; acele etmeyin büyük bir balığın yani büyük bir fikrin peşinde koşun, buyurun, bolca kaynak, bolca süre. ERC verdiği projelerin hepsinin başarılı olmasını istemiyor. Çünkü, eğer fazla başarılı ise, yeterince risk almadığı anlamına geliyor. Risk almalıyız ki gerçekten sıra dışı, çığır açacak araştırmalar çıkabilirsin.
Bence enfes bir fonlama sistemi, daha önce de orta düzey hibe ve köprü hibesi aldım. İşleyişinden de felsefesinden da sonra derece memnunum. Bol kaynak, zaman baskısı yok ama yeter ki önemli bir fikri ileriye götürün, benim felsefeme çok uygun.
- Bunu kazandıktan sonraki süreçte neler olacak?
Bir takım yasal süreçler yaşanması gerekiyor ve bu projenin yürütülmesi için bir kontrat hazırlanacak oldukça standart bir aşama, ardından bir başlangıç tarihi belirlenecek. Bütün bu süreçler yerine getirildikten sonra proje başlayacak. Ondan sonra 5 yıl boyunca sadece bu fikri düşüneceğim.
Vaktimin ve kafamın neredeyse tamamını buna ayırmayı planlıyorum. Çünkü yine benim çalışma stilim bunu gerektiriyor. Ben bir şeyi yoğun olarak düşünmekten büyük zevk alıyorum. Çok zor hedeflerim var. Sabah-akşam, işimin başındayken de yolda yürürken de sürekli bunu düşünmek istiyorum.
- Neler bulmuştunuz ve sonrasında bu projeyi çılgın bir proje olarak görülüp desteklenmesinin nedeni nedir?
Süper iletkenliği düşünün, tek tek elektronlara bakarak tahmin etmesi imkansız bir takım karakteristikler oluşturabiliyor. Aynı şey lazerler alanında da geçerli. Çalışmalarıma, lazerlerde karmaşık yapıların ortaya çıkmasını araştırarak başladım. Doğru şartları bir araya getirip lazeri oluşturan fotonları veya kip dediğimiz frekansları birbiriyle bir ilişkiye soktuğunuz zaman, lazer bir anda kendiliğinden son derece kısa ışık dalgaları oluşturmaya başlıyor.
Bunlara ultra hızlı lazer atımları deniyor. Bunlar kendiliğinden ortaya çıkıyor. Siz şartları sağlıyorsunuz, ondan sonra bu atımı oluşturan faktör kendiliğinden bir araya geliyor. Bu konuda bir takım kayda değer katkılarda bulunduktan sonra bu fikirden esinlenerek 2013 yılında yeni bir öneri getirdim.
Bu çalışmamın başlangıcını aslında eşim Serim'in şu soruyu sorması tetikledi: "Lazerde oluşan bu kendiliğinden organizasyon fikrini, neden malzemelerin üzerinde kendiliğinden desen oluşumuna uygulamıyoruz?"
Yani lazeri kullanarak öyle bir şey yapalım ki, lazeri yüzeyin üzerine ışıttığımız zaman, kendiliğinden hedeflediğimiz, istediğimiz desenler ortaya çıksın. Bu fikirle ERC'den orta düzey destek aldım. Enteresan birtakım sonuçlar buldum. Bu bulgulardaki bir sürpriz yeni projemin kavramsal temelini oluşturdu. Şöyle: Lazer malzeme benzetmesini yaparken bütün taşlar yerine oturuyor ama bir nokta tam tutmuyordu.
Matematiksel olarak bir farklılık vardı. Benzetmek gerekirse, suratımızın sağı ile solu birbirinin ayna görüntüsü. Ancak, düşünün ki, ayna görüntüsü tamam ama bir de baş aşağı dönmüş çıkıyor. Bu enteresan gelmişti, böyle baş aşağı değil de tam aynısı olsa derken, malzemedekini lazere benzetmek yerine, lazeri malzemedekine benzetsem diye düşününce, şu an desteğini aldığım fikir ortaya çıktı.
- Daha önceki bulduğunuz çalışmadan da biraz söz edebilir misiniz? Aslında olması beklenen acısız lazer cerrahisi ya da dişte kullanılmasını sağlayacak lazer dünyada ilk sizin tarafınızdan bulundu. Farklı nasıl bir özelliği var?
Lazerle malzeme işleme, bugün 10 milyar dolarlık bir sektör. Aklınıza gelebilecek her türlü işlem yapılıyor. Bu otomobil veya gemi imalatında santimetre kalınlığında çeliklerin kesilmesi de olabilir, bir göz ameliyatı da olabilir. Hatta kullandığımız cep telefonunun kamerası için camının üzerinde yuvarlak bir delik açılması da olabilir, hassas bir üç boyutlu baskı cihazında elde ettiğiniz bir objenin basılması da olabilir.
Bu lazerlerin arasında ultra hızlı dediğimiz yani son derece kısa atımlar oluşturan lazer tiplerinin özel bir yeri var. Çünkü bunlar malzemeyi ısıtmadan, etrafa zarar vermeden çok hassas bir şekilde işlemenizi sağlıyor. Bunu ben keşfetmedim, 10 yıllardır bilinen bir fikir. Benim keşfettiğim şu; normalde lazerde çok güçlü atımlar oluşturuyorsunuz ve bunları uzun aralıklarla malzemeye gönderiyorsunuz.
Malzemeye biri geliyor, mikroskobik bir miktarını buharlaştırıyor sonra malzeme davranışı açısından sonsuz derecede uzun diyebileceğimiz bir süre geçtikten sonra bir sonraki atım geliyor ve aynı süreci tekrar ediyor. Bu süreç güzel çalışıyor fakat hem yavaş hem verimsiz.
Biz bu her atımın enerjisini binlerce küçük atıma bölelim ve bunları çok kısa aralıklı bir şekilde ardışık olarak gönderelim dedik. Her bir atım artık çok zayıf ve hiçbiri tek başına olsa malzemeye hiçbir etkide bulunamayacak durumda, fakat binlercesi ardışık şekilde geldiği zaman kolektif bir şekilde yani imece usulüyle malzeme üzerinde benzer bir etki oluşturuyor ve bu etki aslında 10 kat, 100 kat daha verimli oluyor. Daha hızlı bir şekilde malzemeye zarar vermeden ısıtmadan daha verimli bir şekilde bunun kesmeniz ve şekillendirmeniz mümkün oluyor. Fakat bunu yapmak için geliştirdiğimiz lazerler hala eski paradigmadaki lazerlerin değişik versiyonuydu. Böyle bir şey için ideal de binlerce atılımın bir arada sanki bir kristaldeki atomların yan yana dizilmesi gibi dizildiği bir lazer olsa ne kadar harika oluyor.
Şimdi biz bu amaç için yeni bir lazer kavramı keşfettik. Buna göre lazerde binlerce atımı kendiliğinden organize olacak. Buna ikincil kilitlenme ismini verdim. Bu lazeri gerçekleştirip, paralelinde bu gerçekleştireceğimiz lazerle daha hızlı ve daha verimli bir şekilde malzeme işlemeyi hedefliyorum.
Malzeme işlemek derken şöyle bir fırsat da karşımıza çıkıyor, ultra hızlı bu lazerlerle malzemeye hiç zarar vermeden çok hassas iş yapabiliyorsunuz. Ayrıca lazerli üç boyutlu baskılama cihazından çıkan parçalar, çıktığı haliyle kullanılamıyor. Bunun için illa ikinci kez işlemden geçirilmesi gerekiyor. Sık sık kusurlar oluşuyor. Bu kusurların yine başka yöntemle düzeltilmesi gerekiyor. Tek bir lazer işinizi görmüyor.
Anlattığım kolektif bir şekilde binlerce atım yapılması, malzemeyle etkileştiği zaman önümüze şöyle bir fırsat çıkıyor: Atım sayısını düşürelim, o zaman bu lazer ultra hızlı lazermiş gibi değil de örneğin bu üç boyutlu baskılama da kullanılacak lazermiş gibi davranmaya başlayacak.
Dolayısıyla elinizde bir nevi joker gibi bir lazer olmasını hedefliyoruz. Değişik işler için farklı, karmaşık bir sürü pahalı lazerler kullanmaktansa tek bir tane evrensel lazer çözümü üzerinde çalışıyorum.
- Türk bilim insanları bu tip destekleri alabilmek için bakış açılarını nasıl değiştirmeli, nelere odaklan almalı ve bu tip destekler alınırsa ilerleyen süreçte Türkiye'nin bilimsel anlamda gelişmesi nasıl olur?
Biz bilimsel ilerlemelerle öne çıkmak istiyoruz. Özellikle Türkiye'de bilimsel ilerlemelerle teknoloji arasında kuvvetli bir bağ kurulup, oradan sanayiye bilgi aktarılması da hedefleniyor. Bunlar yapısı gereği risk almayı gerektiriyor.
Çünkü siz zaten başka bir yerde geliştirilmiş olan bir teknolojiyi birazcık ileriye götürseniz bile, buradan ciddi bir çıktı elde etmeniz kolay değil. Çünkü ekosistemi daha gelişmiş olan, tedarik zincirleri daha oturmuş, teknoloji şirketleri sayıca daha fazla ve daha girift olan ülkeler değişimlere daha hızlı adapte oluyorlar.
Siz bir teknolojiyi yakalarken o teknoloji tekrar ilerlemiş oluyor ve onu bir kez daha ileriye götürmek çok kolay olmuyor. Onun için özellikle bizim gibi gelişmiş ama en üst seviyeye çıkmamış ve görece küçük veya orta büyüklüğü olan ülkeler olarak bizim daha riskli projelere girmemiz gerekiyor.
Bir sürü riski proje deneyeceksiniz; bunlardan çoğu tabii ki fazla başarılı olmayacak, ama arada bir tanesi çok fazla başarılı olacak. ERC'nin mantığı da böyle yani ben çok sayıda riskli ve yüksek getirisi olacak fikir deneyeyim fonlayayım, biliyorum ki bunların önemli bir kısmı başarılı olmayacak.
Bu bir sürü projeyi deneyeyim hiçbiri çok riskli olmasın ama hepsinin de getirisi mütevazi olsun düşüncesinden daha iyi sonuç veriyor. Özellikle biraz daha teknoloji merkezlerinden uzakta bir ülke için ben bunun önemli olduğunu düşünüyorum.
İkinci kitlenme fikri aslında temel fizikten gelen bir fikir ve isim. Temel fizikte 20. yüzyıla damgasını vuran kuantum fiziğinde özellikle parçacıkları açıklayan standart modelde temel bir mekanizma ikincil kuantizasyon denen fikir. Bu ikinci kuantizasyon fikri sayesinde parçacıkların bir araya gelmesini veya yok olmasını matematiksel olarak betimleyebiliyoruz. Burada vurgulamak istediğim şu, görünüşte en ufak bir uygulanması olmayan, tamamen teorik kuantum fiziğinde, kuantum alan teorisinden parçacık fiziğinden alınan bir fikir, lazere uygulanıp yeni bir lazere olanak sağlayabiliyor. Bu yeni lazer de belki lazer cerrahisinde veya endüstriyel uygulamalarda çok önemli sonuçlar doğuracak.
Temel fikirlerle, yenilikçi fikirlerle pek çok ülkede istenenler arzulanan topluma fayda getirecek endüstriye fayda getirecek teknolojik fikirler arasında bir kopukluk yok. Tersine aralarında sürekli bir bağlılık var.
Biz teknoloji geliştireceğiz, bunu destekleyelim şeklinde yaklaşırsak ki, böyle bir trend ne yazık ki var, o zaman bu yaratıcı fikirlerin önüne istemeden de olsa set çekmiş oluyoruz. ERC buna direniyor. Ben en azından kendi adıma fikirlerimi çok geniş bir alandan alıyorum ve bunun faydasını gördüğümü düşünüyorum.
Sadece meraktan yapılan ve sadece güzel olduğu için yapılan veya sadece kainatı daha iyi anlamak için yapılan en temel bilimle, direkt faydaya dönüştürebileceğimizi beklediğimiz bilimsel teknolojik gelişmeler arasında bir sürekli bağlantı var. İki yönde yatay ve dikey fikir alışverişinin çok önemli olduğunu düşünüyorum.
Dolayısıyla sadece bir tarafını ön plana çıkartmadan bunların hepsini ortak değer vererek dengeli ilerlemenin önemli olduğunu düşünüyorum.
