Fizikçiler Kuantum Kaosunda Gizli Bir Düzen Keşfetti
Fizikçiler, ultra soğuk lityum atomları üzerinde bir kuantum simülatörü kullanarak, bir malzemenin süperiletkenliğe geçmesinden önce ortaya çıkan evrensel manyetik özellikleri keşfettiler.
Gerçek maddelerdeki elektronların davranışını anlamak son derece zordur, çünkü kuantum etkileşimleri olasılık yasalarına uyar ve olası durumların sayısı üstel olarak artar.
En güçlü süper bilgisayarlar bile çok parçacıklı sistemleri hesaplamakta zorlanır. Bir kuantum simülatörü bunu zarif bir şekilde çözer: hesaplama yapmak yerine, doğayı simüle eder ve bir lazer kafesindeki atomların bir kristaldeki elektronlar gibi davranmasını sağlar; böylece kelimenin tam anlamıyla kuantum büyüsünü “fotoğraflamak” mümkün olur: sayılar değil, doğa doğayı simüle eder.
Yüksek sıcaklık süperiletkenliğinin incelenmesi, kayıpsız enerji transferinin teknolojide devrim yaratma potansiyeli nedeniyle, on yıllardır fiziğin en iddialı problemlerinden biri olmaya devam etmektedir. Bunun önündeki en büyük engel, elektronların son derece garip davranmaya başladığı bir ara madde hali olan sözde boşluk fazıdır.
Daha önce, safsızlıkların eklenmesinin sistemin katı manyetik düzenini bozarak kaosa dönüştürdüğüne inanılıyordu. Ancak uluslararası bir araştırma ekibi bunun yanlış olduğunu kanıtladı. Çalışma PNAS dergisinde yayınlandı .
Bilim insanları, mutlak sıfırın milyarda bir derece üzerinde soğutulmuş lityum gazı kullanarak Fermi-Hubbard modelini yeniden oluşturdular. Kuantum gaz mikroskobu kullanarak on binlerce anlık görüntü yakaladılar ve bu sayede parçacıklar arasındaki ince ilişkileri ayırt edebildiler.
Güçlü düzensizlik koşullarında bile gizli bir yapının korunduğu ortaya çıktı. Elektronların manyetik etkileşimleri, ölçeği sözde boşluk oluşum sıcaklığıyla açıkça ilişkili olan tek bir evrensel kalıbı takip ediyor.
Bu keşif, manyetizmanın bu durumun oluşumunda belirleyici bir rol oynadığını doğruluyor. Çalışma, parçacıklar arasındaki bağların basit çiftlerden çok daha karmaşık olduğunu; aynı anda beş nesneye kadar çok parçacıklı yapılar oluşturduğunu gösterdi. Çalışmanın ortak yazarı Antoine Georges şunları belirtiyor : “Ultra soğuk atomlara dayalı kuantum analog simülatörlerinin, karmaşık kuantum kolektif fenomenlerinin kendini gösterdiği sıcaklıklara kadar soğutulabilmesi dikkat çekici.”
Teori ve deneyin birliği
Keşfedilen örüntüler, mevcut teorik modelleri test etmek için önemli bir ölçüt haline geldi. Çalışmanın sonuçları, bilim camiasını “dans eden” elektronların kolektif hareketinin süperiletkenliği nasıl ürettiğini anlamaya daha da yaklaştırıyor.
Deneyin başarısı, teorisyenler ve deneyciler arasındaki yakın iş birliğine bağlıydı. Antoine Georges, “Analog kuantum simülasyonu, klasik algoritmaları zorlayan heyecan verici yeni bir aşamaya giriyor. Aynı zamanda, bu deneyler derin teori gerektiriyor.
Teorisyenler ve deneyciler arasındaki iş birliği her zamankinden daha önemli.” diyor. Gelecekte, bilim insanları yeni kuantum düzen biçimleri bulmak için sistemi daha da soğutmayı planlıyorlar.
Derleyen: Feyza ÇETİNKOL
Kaynak: Fizikçiler Kuantum Kaosunda Gizli Bir Düzen Keşfetti
Ya Kanser Alzheimer Hastalığı İçin Yeni Tedavilerin Anahtarıysa?