İlk Kez Şeytan Parçacığı Keşfedildi: Varlığı 70 Yıl Önce Tahmin Edilmişti
Bilim insanları, oda sıcaklığında elektrik ileten süper iletkenlere yol açabilecek bir ‘şeytan parçacığı’ keşfettiler: fiziğin ‘kutsal kasesi’.
Süper iletken, elektriği direnç göstermeden iletebilen belirli bir metal veya alaşımdır, ancak çalışması için donma noktasının 100F’den fazla altında olması gerekir.
Illinois Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, ‘şeytanların’ ilk kez tahmin edilmesinden yaklaşık 70 yıl sonra, stronsiyum rutenat metalinde kütlesiz bir parçacık, yani her sıcaklıkta oluşabilen bir parçacık tespit ettiler.
Süper iletkenler, trenlerin havaya kaldırılması ve yüksek hassasiyetli manyetik rezonans görüntüleme (MRI) makineleri gibi işlemlerde kullanılmaktadır, ancak oda sıcaklığında çalışan malzemeler daha güçlü bilgisayarların önünü açacaktır.
Süper iletkenlik 100 yıldan daha uzun bir süre önce eksi 452F’de sıvı helyum sıcaklığına kadar soğutulan cıvada keşfedilmiştir. Cıvada süper iletkenliğin keşfinin ardından, bu olgu çok düşük sıcaklıklarda başka malzemelerde de gözlemlendi.
Bu malzemeler arasında çeşitli metaller ve kolayca tel haline getirilebilen bir niyobyum ve titanyum alaşımı da vardı.
Şeytan parçacığı ilk kez 1956 yılında teorik fizikçi David Pines tarafından tahmin edilmiş ve elektronların bir katı içinde hareket ederken ‘garip’ tepkiler vereceğine inanılmıştır.
Elektrik etkileşimleri elektronların birleşerek kolektif birimler oluşturmasını sağladığından elektronlar katılarda bireyselliklerini kaybedebilirler.
Yeterli enerji ile elektronlar, altta yatan elektrik etkileşimleri tarafından belirlenen yeni bir yük ve kütleye sahip plazmon adı verilen bileşik parçacıklar oluşturabilir.
Bununla birlikte, kütle genellikle o kadar büyüktür ki plazmonlar oda sıcaklığında mevcut enerjilerle oluşamaz; ancak Pines bunun bir istisnası olduğunu teorileştirdi.
Fizikçi, eğer bir katı birden fazla enerji bandında elektronlara sahipse, birçok metalin yaptığı gibi, ilgili plazmonların kütlesiz ve nötr olan yeni bir plazmon – bir şeytan – oluşturmak için faz dışı bir modelde birleşebileceğini savundu.
Şeytanlar kütlesiz olduklarından, herhangi bir enerji ile oluşabilir ve tüm sıcaklıklarda var olabilirler. Bu durum, çok bantlı metallerin davranışları üzerinde temel etkilere sahip oldukları spekülasyonlarına yol açmıştır.
Keşif, Illinois Üniversitesi Urbana-Champaign’de fizik profesörü olan Peter Abbamonte liderliğindeki bir araştırma ekibi tarafından, stronsiyum rutenat metali üzerinde çalışırken Pines’in öngörüsünü tespit ederek yapıldı.
Deney süper iletkenlerle ilgili değildi, ancak metal süper iletken olmadan da yüksek sıcaklık süper iletkenlerine benziyordu.
Araştırmacılar, metalin elektronik özelliklerinin ilk incelemesini, metalin özellikleri içindeki şeytanı çağıran elektronlarla patlatarak yapıyorlardı.
Abbamonte projede eski bir yüksek lisans öğrencisi olan Ali Husain ile birlikte çalışıyordu ve şunları söyledi: ‘İlk başta ne olduğu hakkında hiçbir fikrimiz yoktu.
Şeytanlar ana akımda yer almıyor. Bu olasılık ilk başlarda gündeme geldi ve biz de gülüp geçtik. Ancak, bazı şeyleri eledikçe, şeytanı gerçekten bulduğumuzdan şüphelenmeye başladık.
UIUC’de Moore Doktora Sonrası Araştırmacısı ve yoğun madde teorisyeni olan Edwin Huang’dan sonunda stronsiyum rutenatın elektronik yapısının özelliklerini hesaplaması istendi.
Huang, “Pines’in şeytan öngörüsü oldukça spesifik koşullar gerektiriyor ve stronsiyum rutenatın bir şeytana sahip olup olmayacağı kimse için net değildi” dedi.
Neler olup bittiğini açıklığa kavuşturmak için mikroskobik bir hesaplama yapmak zorunda kaldık. Bunu yaptığımızda, tıpkı Pines’ın tarif ettiği gibi, neredeyse eşit büyüklükte faz dışı salınım yapan iki elektron bandından oluşan bir parçacık bulduk diye belirtti.
Derleyen: Feyza ÇETİNKOL
Kaynak: İlk Kez Şeytan Parçacığı Keşfedildi: Varlığı 70 Yıl Önce Tahmin Edilmişti