David Nield*
Her gün karşılaştığımız maddenin (katı, sıvı, gaz gibi) hallerini biliyorsunuz; Ancak daha alışılmadık ve farklı koşullar altında da farklı durumlar ortaya çıkabilir. ABD ve Çin’den bilim insanları bu yılın başlarında bu durumlardan biriyle karşılaştı.
Buna ‘kiral Bose sıvı durumu’ adını verdiler ve keşfettiğimiz her yeni parçacık düzenlemesinde olduğu gibi, özellikle çok küçük kuantum ölçeğinde, etrafımızdaki kozmosun yapısı ve sistemleri hakkında bize daha fazla bilgi sağlayabilir.
Maddenin halleri, parçacıkların birbirleriyle nasıl etkileşime girebileceğini, hangi yapıları oluşturabileceklerini, ne tür davranışlar sergileyebileceklerini belirler. Atomları tek bir yere kilitlediğinizde katı bir nesneye sahip olursunuz. Akmalarına izin verdiğinizde sıvı veya gaz haline dönüşürler. Bu tür zorunlu katılımlar dışında elinizde bir plazma var.
KUANTUM KOZMOSUNUN TUHAF KOŞULLARI
Kuantum evreni, parçacıkların birbirleriyle etkileşimi söz konusu olduğunda daha da tuhaf yollar sunarak, olasılık ve güç açısından en ayrıntılı şekilde tanımlanan benzersiz davranışlara olanak tanır.
Araştırmacılar, sınırlı bir kuantum sistemi sayesinde maddenin yeni halini keşfetti. Meslekten olmayanların ifadesiyle bu, parçacıkların geleneksel yollarla etkileşime girmesini önleyen sabit kısıtlamalara (ve dolayısıyla sınırlı) sahip bir sistemdir.
Bu sınırlamalar ve bunun sonucunda ortaya çıkan sınırlama, bilim insanları için heyecan verici sonuçlara yol açabilir. Bu çalışmada araştırmacılar, elektronlara odaklanarak olup bitenleri açıklamak için bir ‘parti oyunu’ benzetmesi kullandılar.
‘SANDALYE KAPMA YARIŞMASI GİBİ’
ABD’deki Massachusetts Amherst Üniversitesi’nden teorik ağır fizikçi Tigran Sedrakyan şunları söyledi: “Elektronları yok etmek için tasarlanmış sandalye yarışına benziyor. “Her elektronun oturacak bir sandalyesi olması yerine birbirleriyle rekabet etmeleri ve oturdukları yerde birçok farklı olasılığa sahip olmaları gerekiyor” dedi.
Araştırmacıların tasarladığı sistem, elektronlar açısından zengin bir üst katman ve elektronların doğal olarak hareket etmesine izin veren birçok deliğin bulunduğu bir alt katmandan oluşan iki katmanlı bir yarı iletken cihazdı. ‘Sandalyeyi kapma’ sorununa gelince, tüm elektronlar için yeterli delik yoktu.
QUANTUM DİJİTAL DEPOLAMADA BİR İLK ATABİLİR
Böyle bir sistemi gözlemlemek zor olsa da, araştırma ekibi elektronların nasıl hareket ettiğini ölçmek için çok güçlü bir manyetik alan kullandı ve yeni ‘kiral bose-sıvısı’ durumunun ilk kanıtını ortaya çıkardı.
Çin’in Nanjing Üniversitesi’nden fizikçi Lingjie Du, “Elektronlar ve delikler, yarı iletken çift katmanın kenarında aynı hızda hareket ediyor” dedi. “Bu, elektron ve delik kanalları daha yüksek alanlar altında kademeli olarak ayrıldıkça, dış yerçekimi alanları tarafından değiştirilen daha spiral benzeri bir taşımayla sonuçlanır” dedi.
Maddenin bu yeni hali çok ilginç yeni özellikleri ortaya çıkardı. Örneğin, mutlak sıfır derecede elektronlar öngörülebilir bir düzende ve değişmeyen bir dönüş yönünde sabitlenir ve diğer parçacıkların veya manyetik alanların müdahalesine maruz kalmazlar. Bu kararlı durum, kuantum düzeyindeki dijital depolama sistemlerinde yeni uygulamaların önünü açabilir.
‘Günlük hayatta gördüğümüz üç klasik hikayeden çok daha vahşi’
Ayrıca bir elektronu etkileyen dış parçacıklar, nispeten uzun menzilli kuantum dolaşıklığın yardımıyla sistemdeki tüm elektronları etkileyebilir. Bu, beyaz bir topun bir grup bilardo topuna çarpmasına ve tüm topların tepki olarak aynı yönde hareket etmesine benzer ve sonuçta çeşitli faydalar sağlayabilecek başka bir keşif olabilir.
Bütün bunlar çok üst düzey fizikle ilgili olmasına rağmen, bunun gibi her keşif, yani ortak parçacık etkileşimlerinin kapsamı dışında ortaya çıkan bu tuhaflıklar ve çoklu durumlar, yaşadığımız dünyayı tam anlamıyla anlamamıza yardımcı oluyor.
Sedrakyan, “Maddenin kuantum hallerini bu sınırlarda görüyorsunuz ve bunlar, günlük hayatımızda şahit olduğumuz üç klasik durumdan çok daha çılgın.”
Araştırma makalesi Nature dergisinde yayımlandı.
Yepyeni makale Science Alert web sitesinden alınmıştır. (Çeviren: Tarkan Tufan)
