Şaşırtıcı İmkansız Madde Keşfi: Hem Katı Hem Süperakışkan
Bilim insanları çığır açan bir buluşla, kuantize girdapları gözlemleyerek süper katılardaki süper akışkan özelliklerini doğruladı. Hassas teknikler kullanan ekip, dönen bir süper katıyı karıştırarak benzersiz girdap dinamiklerini ortaya çıkardı ve katı ve akışkan özelliklerinin bir arada bulunmasına ilişkin yeni bilgiler sundu. Bu keşif, egzotik kuantum maddesini incelemenin yolunu açıyor ve astrofiziksel fenomenler için çıkarımlar içeriyor.
Süper katılar: Bir Kuantum Paradoksu
Aynı anda hem katı hem de süper akışkan gibi davranan bir madde kulağa imkansız gelebilir. Ancak 50 yıldan daha uzun bir süre önce fizikçiler kuantum mekaniğinin böyle bir duruma izin verebileceğini öngördüler. Bu benzersiz durumda, parçacık koleksiyonları çelişkili görünen özellikler sergiliyor. Innsbruck Üniversitesi Deneysel Fizik Bölümü’nden ve Avusturya Bilimler Akademisi Kuantum Optik ve Kuantum Bilgi Enstitüsü’nden (IQOQI) Francesca Ferlaino şöyle açıklıyor: “Bu biraz Schrödinger’in kedisinin hem canlı hem de ölü olması gibi, bir süper katı hem katı hem de sıvıdır.”
Bilim insanları süper katılara “katı” niteliklerini veren kristal yapıyı doğrudan gözlemlemeyi başarmış olsalar da, süper akışkan özellikleri daha anlaşılmaz olmuştur. Araştırmacılar faz tutarlılığı ve boşluksuz Goldstone modları gibi süperakışkan davranışının çeşitli yönlerini incelediler, ancak süperakışkanlığın temel bir özelliğine dair doğrudan kanıt bulamadılar: kuantize girdaplar.
Büyük bir atılımla, dönen iki boyutlu bir süper katı içinde kuantize girdaplar gözlemlenmiştir. Bu bulgu, bir süper katı içindeki süper akışkan akışının uzun zamandır beklenen kanıtını sağlar ve modüle edilmiş kuantum madde çalışmasında önemli bir ilerlemeye işaret eder.
Deneysel verilerle üst üste bindirilmiş kuantum girdaplarının simülasyonu.
Zorlu Deneyler ve Hassas Teknikler
Bu yeni çalışmada, bilim insanları teorik modelleri son teknoloji deneylerle birleştirerek dipolar süper katılarda girdaplar oluşturdu ve gözlemledi. Innsbruck ekibi daha önce 2021’de ultra soğuk bir erbiyum atomu gazında ilk uzun ömürlü iki boyutlu süper katı maddeyi yaratarak bir atılım gerçekleştirmişti ki bu başlı başına zor bir görevdi.
Araştırmanın başyazarı Eva Casotti, “Bir sonraki adım, yani süper katıyı kırılgan durumunu bozmadan karıştırmanın bir yolunu geliştirmek, daha da büyük bir hassasiyet gerektiriyordu” diyor. Araştırmacılar, teori tarafından yönlendirilen yüksek hassasiyetli teknikler kullanarak, süper katıyı dikkatlice döndürmek için manyetik alanlar kullandılar. Sıvılar katı bir şekilde dönmediğinden, bu karıştırma süperakışkanlığın hidrodinamik parmak izleri olan kuantize girdapların oluşmasına neden oldu.
Francesca Ferlaino, “Bu çalışma, süper akışkanların benzersiz davranışını ve kuantum madde alanındaki potansiyel uygulamalarını anlamada önemli bir adımdır” diyor.
Dahası, yaklaşık bir yıl süren deney, süper akışkanlardaki ve modüle edilmemiş kuantum akışkanlardaki girdapların dinamikleri arasındaki önemli farklılıkları ortaya koyuyor ve süper akışkan ve katı özelliklerin bu egzotik kuantum durumlarında nasıl bir arada var olduğu ve etkileşime girdiği konusunda yeni bilgiler sunuyor.
Yeni Fizik ve Astrofiziksel Bağlantıları Keşfetmek
Bu keşfin sonuçları laboratuvarın çok ötesine uzanmakta ve potansiyel olarak yoğun madde fiziğinden astrofiziğe kadar, benzer kuantum fazlarının aşırı koşullar altında var olabileceği alanları etkilemektedir.
Projenin teorik gelişimine rehberlik eden Thomas Bland, “Bulgularımız, kuantum kristalleri ve hatta nötron yıldızları gibi çoklu kırık simetriye sahip egzotik kuantum sistemlerinin hidrodinamik özelliklerini incelemeye kapı açıyor” dedi. “Örneğin, nötron yıldızlarında gözlemlenen ve glitches olarak adlandırılan dönme hızındaki değişimin, nötron yıldızlarının içinde hapsolmuş süper akışkan girdaplardan kaynaklandığı varsayılmaktadır. Platformumuz bu tür olayları Dünya’da simüle etme fırsatı sunuyor.” Süperakışkan girdapların, elektriği kayıpsız iletebilen süperiletkenlerde de var olduğuna inanılmaktadır. ”
Çalışmamız yeni fiziğin araştırılması yolunda önemli bir kilometre taşıdır” diyor Francesca Ferlaino. “Doğada sadece nötron yıldızlarında olduğu gibi çok uç koşullar altında meydana gelen fiziksel olayları burada, laboratuvarda gözlemleyebiliyoruz.”
Kaynak: https://scitechdaily.com