Fizikçiler, Kuantum Dünyasında Gizemli Bir Hali Keşfettiler: Kiral Bozonik Sıvı
Fizikçiler kuantum dünyasında saklı yeni madde halleri keşfetti
Maddenin her gün karşılaştığımız halleri – katılar, sıvılar ve gazlar – iyi bilinmektedir, ancak daha egzotik ve aşırı koşullar altında yeni bir hal ortaya çıkabilir.
Buna kiral bozonik sıvı hali diyorlar. Keşfetmekte olduğumuz yeni parçacık düzeni gibi, bu durum da bize etrafımızdaki evrenin yapısı ve mekanizmaları hakkında, özellikle de ultramikro kuantum ölçeğinde daha fazla şey söyleyebilir.
Maddenin halleri parçacıkların nasıl etkileşime girdiğini tanımlayarak yapılara ve farklı davranışlara yol açar. Bir atomu stabilize ettiğinizde katı hale gelir. Atomlar akmaya zorlanırsa sıvı ya da gaz haline gelirler. Yüklü ortaklıkları birbirinden ayırmaya zorlarsanız, bir plazma elde edersiniz.
Kuantum mekaniği, parçacıkların etkileşime girmesi için daha da garip bir yol sunarak, olasılık ve enerji açısından en iyi şekilde açıklanan benzersiz davranışlara izin verir.
Araştırmacılar hayal kırıklığına uğramış kuantum sistemlerinde yeni durumlar keşfettiler. Basitçe ifade etmek gerekirse, bunlar parçacıkların olağan şekilde etkileşime girmesini engelleyen yerleşik kısıtlamalara sahip sistemlerdir (dolayısıyla hayal kırıklığı).
Bu tür kısıtlamalar ve ortaya çıkan hayal kırıklıkları bilim insanları için heyecan verici sonuçlar doğurabilir. Burada araştırmacılar elektronlara odaklandılar ve neler olduğunu göstermek için bir parti oyunu benzetmesi kullandılar.
Massachusetts Amherst Üniversitesi’nde teorik yoğun madde fizikçisi olan Tigran Sedrakhyan şunları söyledi.
‘Her elektronun tek bir sandalyesi yok, ama nereye oturacağına dair pek çok olasılığı var’.
Araştırmacıların yarattığı sistem, elektron zengini bir üst katmana ve elektronların doğal olarak girebileceği delik zengini bir alt katmana sahip iki katmanlı bir yarı iletken cihazdır. Sorun ne mi? Elektronlar için yeterli delik yok.
Bu tür sistemleri gözlemlemek zordur, ancak ekip elektronların hareketini ölçmek için ultra güçlü bir manyetik alan kullandı ve kiral bir Bose sıvı halinin ilk kanıtını ortaya çıkardı.
“Yarı iletken çift tabakanın kenarında elektronlar ve delikler aynı hızda hareket ediyor.
Bu durum, elektron ve delik kanalları yüksek manyetik alanlar altında kademeli olarak ayrıldıkça dış manyetik alan tarafından giderek daha fazla modüle edilen spiral taşınıma yol açıyor.
Bu yeni durum bazı çok ilginç özellikleri ortaya çıkarmaktadır. Örneğin, mutlak sıfırda elektronlar öngörülebilir bir düzende ve sabit bir spin yönünde katılaşır, diğer parçacıklar veya manyetik alanlar tarafından rahatsız edilmez. Bu kararlılık, kuantum düzeyinde dijital depolama sistemlerinde potansiyel uygulamalara sahiptir.
Ayrıca, bir elektronu etkileyen harici bir parçacık, nispeten uzun menzilli kuantum dolanıklığı sayesinde sistemdeki tüm elektronları etkileyebilir. Bu, bir bilardo topuna vurulduğunda tüm topların aynı yönde hareket etmesine benzer.
Ancak genel parçacık etkileşimlerinin sınırları dışında meydana gelen garip fenomenler ve uç durumlara ilişkin bu tür her keşifle dünyamızı tam olarak anlamaya daha da yaklaşıyoruz.
“Bu sınırların çok dışında,” diyor Sedrakyan, “günlük hayatta karşılaştığımız üç klasik durumdan çok daha vahşi olan maddenin kuantum durumları var.
Derleyen: Deniz KAFKAS
Kaynak: Fizikçiler, Kuantum Dünyasında Gizemli Bir Hali Keşfettiler: Kiral Bozonik Sıvı
Mikroelektronik Devrimi: Cep Boyutundaki Hızlandırıcılarla Kanser Tedavisi Yeniden Tanımlanıyor