Bilim insanları, yeni bir araştırmayla, kuantum cihanında hususun bilinmeyen bir halini keşfetti. Yeni hale ‘kiral bose-sıvı hali’ ismi verildi.
Maddenin her gün karşılaştığımız (katı, sıvı, gaz gibi) hallerini bilirsiniz; ne var ki daha yabancı ve çok şartlar altında farklı halleri de ortaya çıkabilir. ABD ve Çin’den bilim insanları, bu yılın başlarında bu hallerden birine rastladı.
Buna ‘kiral bose-sıvı hali’ ismini verdiler ve bu, keşfettiğimiz her yeni parçacık tertibinde olduğu üzere, bilhassa de çok küçük kuantum ölçeğinde bizlere etrafımızdaki kainatın dokusu ve sistemlerine ait daha fazla bilgi sağlayabilir.
Maddenin halleri, parçacıkların birbirleriyle nasıl etkileşime girebileceğini, hangi yapılara dönüşebileceğini ve ne tıp davranış biçimleri sergileyebileceğini belirler. Atomları bir yere kilitlediğinizde elinizde katı bir unsur olur. Akmalarına müsaade verdiğinizdeyse bir sıvı ya da gaza dönüşür. Bu çeşit zorla kurulan iştirakler dışındaysa elinizde bir plazma vardır.
Kuantum kozmosu, parçacıkların birbirleriyle etkileşime girmesi kelam konusu olduğunda daha da tuhaf yollar sunar ve mümkünlük ve güç bağlamında en detaylı halde belirlenmiş eşsiz davranışlara imkân tanır.
Araştırmacılar, hususun yeni halini sınırlanmış bir kuantum sistemi sayesinde keşfetti. Kolay bir sözle, bu, parçacıkların alışıldık yollardan etkileşime girmesini engelleyen sabit kısıtlamalara sahip (dolayısıyla sınırlanmış) bir sistem.
Bu kısıtlamalar ve sonuçta oluşan sınırlama bilim insanları açısından heyecan verici sonuçların önünü açabilir. Bu çalışmada araştırmacılar elektronlar üzerinde ağırlaşarak neler olup bittiğini izah etmek için bir ‘parti oyunu’ benzetmesini kullandı.
ABD’deki Massachusetts Amherst Üniversitesi’nden teorik ağır husus fizikçisi Tigran Sedrakyan, “Elektronları sonlandırmak maksadıyla tasarlanan bir sandalye kapma müsabakasına benziyor. Her elektronun oturacağı bir sandalye olmasındansa, birbirleriyle yarışları ve oturdukları yerde pek çok farklı olasılığa sahip olmaları gerekiyor” dedi.
Araştırmacıların kurguladığı sistem, elektronlar açısından varlıklı bir üst katman ile elektronların doğal biçimde hareket etmesine müsaade veren, birçok deliğe sahip bir alt katmandan oluşan iki katmanlı bir yarı iletken aygıttı. ‘Sandalye kapma’ sıkıntısına gelecek olursak, elektronların tamamına yetecek delik bulunmuyordu.
Bunun üzere bir sistemi gözlemlemek güç olsa da araştırma grubu elektronların nasıl hareket ettiğini ölçmek hedefiyle çok güçlü bir manyetik alan kullandı ve yeni ‘kiral bose-sıvı’ haline dair birinci ispatı açığa çıkardı.
Çin’in Nanjing Üniversitesi’nden fizikçi Lingjie Du, “Elektronlar ve delikler yarı iletken iki tabakanın kenarında tıpkı süratte hareket ediyor. Bu, elektron ve delik kanalları daha yüksek alanlar altında evreli biçimde ayrıldıkça, dışsal çekim alanları tarafından niteliği değiştirilen daha sarmal gibisi bir taşınmaya neden olur” diye konuştu.
Maddenin bu yeni hali ziyadesiyle ilgi cazibeli yeni özellikleri açığa çıkardı. Mesela, elektronlar mutlak sıfır derecede öngörülebilir bir sistem içinde ve değişmez bir dönüş istikametinde sabitlenir ve öteki parçacıklar ya da manyetik alanların müdahalesine maruz kalmaz. Bu istikrarlı durum, kuantum düzeyindeki dijital depolama sistemlerinde yeni uygulamaların önünü açabilir.
Buna ek olarak, bir elektrona tesir eden dış parçacıklar, görece uzun menzilli kuantum dolanıklık yardımıyla sistemde bulunan bütün elektronları etkileyebilir. Bu, bir beyaz topu bir küme bilardo topuna ve reaksiyon olarak birebir istikamette hareket eden bütün toplara çarptırmaya misal ve sonuçta çeşitli faydalar sağlayabilecek bir başka keşif olur.
Bütün bunlar ziyadesiyle üst seviye fizikle ilgili olsa da buna misal her keşif, yani ortak parçacık etkileşimlerinin kapsamı dışında gerçekleşen bu gariplikler ve çok durumlar, yaşadığımız dünyayı tam manasıyla anlamamıza yardım eder.
Sedrakyan da “Maddenin kuantum hallerini bu sonlarda görürsünüz ve bunlar gündelik hayatımızda şahit olduğumuz üç klasik halden çok daha vahşidir” dedi.
Araştırma makalesi Nature mecmuasında yayınlandı.
Yazının özgünü Science Alert sitesinden alınmıştır. (Çeviren: Tarkan Tufan)