Fizik Kanunları Durdurularak Zaman Kristalleri Oluşturuldu

Bir zaman kristali olarak bilinen bu tuhaf yeni madde durumu, neredeyse süresiz olarak termodinamiğin yasalarını askıya almış gibi görünüyor. Bu konuda bilim insanları iki yeni deney önerisinde bulundu.

Zaman kristali esas olarak birbirinden uzakta fakat yine de birbiriyle etkileşime giren atomların veya iyonların bir toplamıdır. Bu madde biçimi, evrende her zaman artan düzensizliğin doğal durumu olan entropiyi ısıtan veya belirli bir frekansta süresiz olarak “titreşimle” tutar. Zaman kristalleri, kuantum etkileri veya küçük atom altı parçacıklar sergilenmesini tarif eden tuhaf kurallar ile çalışır.

Yeni yaratılan madde; süper iletkenler, kuantum dönüşümlü sıvılar ve süper akışkanlar gibi bir dizi egzotik madde halini birleştirir.

Harvard Üniversitesi’ndeki lisansüstü teorik fizik öğrencisi Soonwon Choi, “Çalışma konusunun yeni bir safhasını bulduk. Zamanla istikrarlı bir şekilde hareket eden yeni bir şey. Yeni bulunan madde durumu kendi içerisinde büyüleyici olsa da bilgi kaybına uğramayan kuantum bilgisayarların yolunu açabilir.” dedi.

Zaman Kristali

Fizikçi Frank Wilczek, ilk olarak 2012 yılında Physical Review Letters dergisinde bir zaman kristali fikrini önermişti. Bu çalışmada, zamandaki temel bir simetri olan ve doğal olarak “zaman değişmezliğini” bozan bir madde formu önermişti. Bu formda zamanı değiştirmeksizin şu anda yaptığımız bir şeyin aynısını gelecekte 1 dakika gibi bir sürede yapacağımızı belirtmişti.(Diğer tüm koşullar eşit iken).

Bununla birlikte Wilczek’in düşüncesinde, iyonlar ya da atom altı parçacıkları gibi parçacıklar arasındaki kuantum etkileşimler, kristalin uzayda tekrar eden bir yapıya sahip olması gibi zamanla birlikte tekrar salınan bir madde halini yaratabilir. Yani madde 2 dakikalık bir periyotla salınırsa bu konuda bir şey yapmak şu andan itibaren aynı şeyi yapmaktan farklı sonuçlara neden olacaktır.

Bunun ne anlama geldiğini anlamak için atlama ipi tutan ve atlamayı yapan üçüncü bir kişi için sallanan iki insanı hayal edin. Sıradan maddenin hallerinde, ip her saniye bir daire oluşturursa kişi her saniyede atlamalıdır ancak bir zaman kristalinde, atlama ipi her seferinde yere çarptığında ayağını kaldırdığı halde bir şekilde zamanı koruyor ve halata dolanmıyor.

Söz konusu çalışmanın yazarı fizikçi Norman Yao, bu yılın başında Berkeley University of California’da zaman kristallerini test etmek için teorik bir çerçeve geliştirdi.

Daha yakın bir tarihte, Wilczek’in fikri üzerine kurulu olan takip çalışması zaman kristallerinin termal bir dengede var olmadığını gösterdi. Termodinamiğin temel ilkesi, temas halindeki iki cismin etkileşim sonucunda, sistemin kararlı haldeki veya ısı dengesindeki aynı sıcaklığa dönüşeceğidir ancak araştırmacıların tespitlerine göre kısa süre sonra zaman kristallerinin dinamik koşullarında sistemler hızla değişiyor ve henüz termal bir dengeye ulaşamadı.

Bu yılın başlarında, Texas Üniversitesi’nden bir fizikçi olan Andrew Potter ve meslektaşları ile birlikte Yao, bir zaman kristalinin anahtar imzalarını belirleyen teorik bir rapor geliştirdi. Bu raporda, böylesine bir kristalin daha ağır bir maddeye eritildiğinde ve zaman kristallerinin varlığını ispatlamak için deneysel bir yol ortaya atıldığında ne olacağını öngördü. Bağımsız olarak, Choi ve meslektaşları zaman kristallerinin varlığını ispatlamak için bir yöntem geliştirdiler ve daha sonra laboratuvarda böyle bir kristal oluşturmak için yola çıktılar.

Termodinamiğin Askıya Alınması

Nature dergisinde 8 Mart tarihinde yayınlanan bir çift araştırmada araştırmacılar, zaman kristallerinin çok farklı sistemlerde var olabileceğini gösterdi.


Burada, azot boşluğu kusurlarıyla dolu bir elmas kullanarak bir zaman kristali oluşturmak için oluşturulan düzenek görülmektedir. Bu kusurlar, bir zaman kristali oluşturmak için lazer ışığıyla manipüle edilebilen küçük döndürmeler gibi hareket eder.

Choi ve Harvard Üniversitesi’nde çalışan meslektaşları, 1 milyon azot boşluğunu renk merkeziyle doldurdukları bir elmas kullandı. Bunlar, karbon atomlarının yerini azot atomlarının aldığı elmasın karbon kristal kafesindeki lekeleridir. Azot; karbondan daha küçük olduğu için bu yer değiştirme kafeste boş bir alan bırakır, azot ve boş alan sanki dönüşümlü küçük parçacıklar gibi hareket edebilir (Boşluklar, renk merkezleri olarak adlandırılır. Çünkü azot atomları, pırlantalarda renk üretir. Bu durumda, pırlanta öylesine doludur ki siyah görünür.).

Ekip lazerleri ve mikrodalga ışınlarını kullanarak periyodik olarak bu azot boşluklarını püskürttüler. Daha sonra kendilerine yönelik radyasyonun frekansın yarısına (harekete geçiren frekansı) denk gelen bir frekansta bu azot boşluklarını çarpıştırdılar.

Maryland Üniversitesi’nde bulunan ikinci bir deneyde Potter, Yao ve arkadaşları, “Lazer ışınlarını kullanarak 14 itorbiyum iyonunu sıkıştırdık ve daha sonra sıkıştırılmış lazer ışınlarını kullanarak iyonların dönüşümlerini manipüle ettik. Yine materyal, harekete geçiren frekansın yarısında titreşen bir zaman kristali gibi davrandı. Deney süresince sisteme pompalanan çok miktarda enerjiye rağmen malzeme ısınmadı. Bu, termodinamiğin yasalarının deney süresince kullanılmadığının bir işaretidir.” dedi.

Potter, Live Science’a şunları söyledi: “Örneğin, Harvard grubu mükemmel bir zaman kristali olmayabilecek bir sistem kullandı. Sistem fazla ısınmadı, ancak yavaşça ısı üretti. Onların yeterince uzun süre çalışmasına izin verdiklerinde yavaş yavaş ölecek olan bu büyüleyici varlığı arıyorlar.” dedi.

Potter, aksine Maryland Üniversitesi deneyinin, süresiz olarak sürdüğünü düşündüğünü belirtti. Ancak Potter, bir madde halini neyin oluşturduğunun tanımını uzatan çok daha az atom kullandığını söyledi.

Ancak yeni bulgular, “Zaman kristalinin ısıdan ve entropiden zaman özelliklerinde tekrarlanmak için mükemmel bir şekilde izole edilmesine ihtiyaç olmadığını gösteriyor.” dedi. Bu, maddenin egzotik hallerini üretmenin şaşırtıcı derecede kolay olduğu anlamına geldiğini belirtti.

Potter.“Bu deneyler hakkında gerçekten büyüleyici olan şey, fizik yasalarını süresiz olarak askıya alma potansiyeline sahip olmalarıdır. Asla oda sıcaklığına ulaşmayan bir bardak sıcak kahve gibi, ekstra enerji kalır ve sistem hiçbir zaman bir sıcaklığa dengelenemez.” dedi,

Potter, “Bu zaman kristallerini termodinamiğin temel kanunlarını durdurmak için değil, yalnızca deneyde çalıştığımız sürece durdurduk. Termodinamikte termal dengeli duruma ulaştığınızda sadece uzun vadeli davranışı tanımlamanız gerekir.Bu nedenle termal dengeye ulaşmadan önce kısa vadeli dinamikleri asla tanımlayamazsınız. Sistemin dinamik bir halde tutulmasıyla yeni deneyler, konuyu yalnızca termodinamiğin geçerli olmadığı bir durumda saklar. ” dedi.

Kaynak: http://www.space.com/36017-time-crystals-created-in-the-lab.html?utm_source=facebook&utm_medium=social

Çeviri: Tuğba Aydın

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Solve : *
13 + 19 =


This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

Çok Okunan Yazılar