İyonları tuzaklama düşüncesi yeni değildir, ilk iyon tuzağını, 1936′da F.M. Penning tasarlamıştır. Federal Almanyalı bilim adamı Wolfgang Paul ise, 1950′li yıllarda, ikinci tür bir iyon tuzağı bulmuştur. Günümüz­de kullanılanlar da, hâlâ bu öncülerin geliştirdiği ilke­lere dayanmaktadır, ilk deneyler, binler ve milyonlar basamağındaki çok sayıda iyonla yapılıyordu; bu yüz­den tüm sırları açığa vurmuyordu. Yıllar geçtikçe, araş­tırmacılar, tuzaklanan iyon sayısını birkaça indirmeyi amaçladılar. 1978′de, Federal Almanyalı P.Toschek ile ABD’li Hans Dehmelt ve arkadaşları, bir tuzak için­de, birkaç baryum iyonundan oluşan bir iyon bulutu elde etmeyi başardılar; zaman zaman, iyon sayısının bire indiği bile oluyordu. Bir yıl sonra, deneylerini da­ha da kusursuzlaştırmışlardı; artık, ışığın, bir iyondan mı, iki ya da üç iyondan mı geldiğini kesinlikle belirleyebiliyorlardı. Bilim adamlarının merakla bekledikleri deney so­nuçları, hiç de şaşırtıcı değildi; Bu uç koşullarda (çok az sayıda iyon bulunan) geçerli olması gereken, atom­ların foton yayınlaması ya da soğurması gibi tümüyle kuantum mekaniksel olaylar, deney sonuçları ile doğ­rulanıyordu. Deney, daha da geliştirilebilirdi: Bir tuzaktaki bir­kaç iyonu uzun süre kolayca gözlemlemek için, onla­rın ısıl(termik) hareketlerini durdurmak, kısacası onları soğutmak gerekiyordu. Ancak, 1987′de yapılan de­neyler şaşırtıcı bir sonuç verdi: Soğutma sonunda, bir­kaç iyondan oluşan düzensiz bir buluttan yayınlanması beklenen ışığın davranışının tümüyle değiştiği gözlen­di; tuzağın içinin çekilen fotoğrafları, iyonların, kristal­lere benzeyen düzenli yapılar verecek biçimde dizildiklerini gösterdi.
Bilim adamları, tuzağın içindeki koşullar değiştiri­lince, “kristallerin nasıl oluştuğunu; nasıl çözünüp, sonra yeniden biraraya geldiğini ve bunların neden­lerini açıklayabilmelidirler. Gözlemlere göre, bu olay, bir katı fazdan (kristal) bir gaz fazına (bulut); başka de­yişle, düzenden karmaşaya(kaosa) geçiş olarak dü­şünülebilir. Acaba bu kavramlar, bu alışılmamış duruma da, gerçekten uygulanabilir mi ya da nasıl uy­gulanabilir? İyonların davranışını yöneten işleyişi an­layabilmek için, öncelikle, tuzağın kendi çalışmasını incelemek gerekir. iyonun, tuzağın içine nasıl konulacağını da araştı­ralım: En basit yolu, iyonu, tuzağın içinde oluşturmaktır; örneğin, tuzağın içinden geçen bir atom demeti, hızlı elektronlarla bombardıman edilebilir. Elektronların çarpması ile, genel olarak, atomlar birer elektron yiti­rirler ve artı iyonlar oluştururlar. Tuzaklanmış bile ol­salar, bu iyonların kutuya girerken taşıdıkları yüksek hızları fazla değişmez; böylece tuzağın içindeki doğ­ru hareketleri de hızlı olur. Başka deyişle, iyonların bü­yük bir kinetik enerjisi vardır; dolayısıyla, sıcaklıkları da yüksektir; çünkü bir atomlar topluluğu için, sıcak­lık, kinetik enerji ile doğru orantılıdır. Ne yazık ki, bu sıcaklık, bizi amacımızdan uzaklaştırır: iyonların hızlı ve denetlenmesi zor hareketi, onların gerçek içyapı özelliklerini gizler ya da değiştirir. Öyleyse, iyonları ki­netik enerjilerinden kurtarmak, yani onları soğutmak gerekir. Ancak bu soğutma, iyon tuzağı düzeneğini buza, sıvı azota ya da sıvı helyuma koymakla yapıla­maz; çünkü iyonlar, tuzağın çeperlerine hiç değme­mektedir, işte bu nedenle, soğutucu olarak, bir laser kullanılacaktır. Gerçekten, laserin yayınladığı fotonlar, iyonlara bir “ışınım basıncı” uygular: bu da, iyonların hareketini değiştirir: Laserin frekansı iyi ayarlanabilirse, hareket­li bir iyon, kendine çarpan bir fotonu soğurabilir ve ken­di de frenlenmiş olur; çünkü momentumu, fotonun momentumu kadar azalır. Ancak bu yavaşlama, çok azdır; çünkü fotonun taşıdığı .momentum çok küçük­tür. Dolayısıyla, iyonu yavaşlatmak için çok sayıda çar­pışma gerekir. Acaba iyon, bu kadar fotonu nasıl soğurabilecektir? iyon, her çarpışmada bir foton soğurarak, taban durumundan uyarılmış bir duruma ge­çer; biraz sonra, soğurduğu fotona benzeyen bir foton yayınlayarak, yeniden taban durumuna döner. Böy­lece, laserin yayınladığı çok sayıda fotonu soğurabilir.
Bu konuya, iyonun tuzak içindeki durumunu ince­lemek üzere, dergimizin gelecek sayısında da devam edeceğiz.