Egzotik Madde Ortaya Çıkarıldı: Fizikçiler Bozonlardan Oluşan Bir Maddeye Rastladı
Bir kafes alın ve üzerine benzer başka bir kafes yerleştirin. Ancak her iki kafesin kenarlarını veya hücrelerini aynı hizaya getirmeye çalışmak yerine, üstteki kafese bir bükülme verin, böylece alttakinin bazı kısımlarını görebilirsiniz. Bu yeni, üçüncü desen bir harelidir ve UC Santa Barbara fizikçilerinin bazı ilginç malzeme davranışları bulduğu tungsten diselenid ve tungsten disülfid kafeslerinin bu tür üst üste binen düzenlemeleri arasındadır.
UCSB yoğun madde fizikçisi Chenhao Jin’in grubunda yüksek lisans öğrencisi araştırmacı ve Science dergisindeki bir makalenin baş yazarı olan Richen Xiong, “Yeni bir madde durumu keşfettik – bozonik korelasyonlu yalıtkan” dedi. Xiong, Jin ve UCSB, Arizona Eyalet Üniversitesi ve Japonya’daki Ulusal Malzeme Bilimi Enstitüsü’nden işbirlikçilere göre, böyle bir malzeme ilk kez “gerçek” (sentetik değil) bir madde sisteminde yaratıldı. Bu eşsiz malzeme, eksiton adı verilen bozonik parçacıklardan oluşan son derece düzenli bir kristaldir.
Jin, “Geleneksel olarak, insanlar çabalarının çoğunu birçok fermiyonu bir araya getirdiğinizde ne olduğunu anlamak için harcadılar” dedi. “Çalışmamızın ana itici gücü, temelde etkileşen bozonlardan yeni bir malzeme yapmış olmamızdır.”
Biri hafifçe kaydırılmış iki istif, harelenme adı verilen yeni bir desen oluşturur. Kredi: Matt Perko
Bosonik Bağlantılı Yalıtkan
Atom altı parçacıklar iki geniş türden birine sahiptir: fermiyonlar ve bozonlar. Jin, en büyük ayrımlardan birinin davranışlarında olduğunu söyledi.
“Bozonlar aynı enerji seviyesini işgal edebilirler; fermiyonlar ise bir arada kalmayı sevmezler” dedi. “Bu davranışlar birlikte, bildiğimiz evreni oluşturur.”
Elektronlar gibi fermiyonlar, kararlı oldukları ve elektrostatik kuvvet yoluyla etkileşime girdikleri için en aşina olduğumuz maddenin temelini oluşturur. Fotonlar (ışık parçacıkları) gibi bozonlar ise ya geçici oldukları ya da birbirleriyle etkileşime girmedikleri için yaratılmaları ya da manipüle edilmeleri daha zor olma eğilimindedir.
Xiong, farklı davranışlarına ilişkin bir ipucunun da farklı kuantum mekaniksel özelliklerinde yattığını açıkladı. Fermiyonlar 1/2 veya 3/2 gibi yarım tamsayı “spinlere” sahipken, bozonlar tam tamsayı spinlere (1, 2, vb.) sahiptir. Bir eksiton, negatif yüklü bir elektronun (bir fermiyon) pozitif yüklü karşıt “deliğe” (başka bir fermiyon) bağlandığı ve iki yarım tamsayı spinin birlikte tam bir tamsayıya dönüşerek bozonik bir parçacık oluşturduğu bir durumdur.
Araştırmacılar, sistemlerinde eksitonları oluşturmak ve tanımlamak için iki kafesi katmanlandırdılar ve “pompa prob spektroskopisi” adını verdikleri bir yöntemle üzerlerine güçlü ışıklar tuttular. Kafeslerin her birinden gelen parçacıkların (tungsten disülfitten gelen elektronlar ve tungsten diselenitten gelen delikler) ve ışığın kombinasyonu, eksitonların oluşumu ve aralarındaki etkileşimler için uygun bir ortam yaratırken, araştırmacıların bu parçacıkların davranışlarını incelemesine olanak sağladı.
Jin, “Ve bu eksitonlar belirli bir yoğunluğa ulaştıklarında artık hareket edemez hale geldiler” dedi. Güçlü etkileşimler sayesinde, bu parçacıkların belirli bir yoğunluktaki kolektif davranışları onları kristal bir duruma zorladı ve hareketsizlikleri nedeniyle bir yalıtım etkisi yarattı.
Xiong, “Burada olan şey, bozonları son derece düzenli bir duruma sürükleyen korelasyonu keşfetmiş olmamızdır” diye ekledi. Genel olarak, ultra soğuk sıcaklıklar altında gevşek bir bozon koleksiyonu bir kondensat oluşturacaktır, ancak bu sistemde, hem ışık hem de nispeten daha yüksek sıcaklıklarda artan yoğunluk ve etkileşim ile, kendilerini simetrik bir katı ve yük-nötr yalıtkan olarak organize ettiler.
Maddenin bu egzotik halinin yaratılması, araştırmacıların moiré platformu ve pompa probu spektroskopisinin bozonik materyallerin yaratılması ve araştırılması için önemli bir araç haline gelebileceğini kanıtlıyor.
Xiong, “Süperiletkenlik gibi şeylerle sonuçlanan fermiyonlu çok cisim fazları var” dedi. “Aynı zamanda egzotik fazlar olan bozonlarla çok cisimli muadilleri de var. Yani yaptığımız şey bir platform oluşturmak, çünkü gerçek malzemelerdeki bozonları incelemek için gerçekten harika bir yolumuz yoktu.” Eksitonlar iyi çalışılmış olsa da, bu projeye kadar onları birbirleriyle güçlü bir şekilde etkileşime sokmanın bir yolu yoktu.
Jin’e göre bu yöntemle sadece eksitonlar gibi iyi bilinen bozonik parçacıkları incelemek değil, aynı zamanda yeni bozonik malzemelerle yoğun madde dünyasına daha fazla pencere açmak da mümkün olabilir.
“Bazı malzemelerin çok tuhaf özelliklere sahip olduğunu biliyoruz” dedi. “Yoğun madde fiziğinin bir amacı da neden bu zengin özelliklere sahip olduklarını anlamak ve bu davranışları daha güvenilir bir şekilde ortaya çıkarmanın yollarını bulmaktır.”
Kaynak:https://scitechdaily.com
Derleyen: Figen Berber
Bugün Keşfinin 10. Yıl Dönümü Kutlanan “Tanrı Parçacığı” Higgs Bozonu Nedir?