Fizik dünyasında sınırları zorlayan yeni bir keşif gerçekleşti. Bilim insanları ışığı süperkatı hale dönüştürerek kuantum fiziğinde ezber bozan bir adım attı. Deney, maddenin ve ışığın doğasına dair anlayışımızı derinleştirirken, gelecekteki teknolojik gelişmelere de kapı aralayabilir.
İtalya’daki Ulusal Araştırma Konseyi (CNR) Nanoteknoloji Enstitüsü’nden bilim insanlarının liderliğindeki bir ekip, ışığı süperkatı hale getirmeyi başardı. Bu olağanüstü başarı, 5 Mart’ta Science dergisinde yayımlanan çalışmada detaylı olarak açıklandı. Araştırmacılar, ışığı madde ile etkileştirerek hem katı hem de sıvı özelliklerini aynı anda gösteren yeni bir kuantum durumu elde ettiler.
Süperkatı maddeler, kuantum mekaniğine göre tanımlanan tuhaf bir madde durumudur. Bu maddelerin parçacıkları kristal yapıda düzenli bir katı oluşturur, ancak aynı zamanda viskozitesi olmayan bir sıvı gibi hareket eder. Viskozite, bir maddenin akışkanlığa karşı gösterdiği iç sürtünmeyi ifade eder ve süperkatılarda bu özellik tamamen yok olur.
Işığın Süperkatı Dönüşümünün Arkasındaki Bilim
Araştırmacılar, ışığı süperkatı hale getirmek için daha önce denenmemiş yeni bir mekanizma kullandılar. Söz konusu yöntem, “polariton” sistemlerinin özelliklerine dayanıyor. Polaritonlar, fotonlar (ışık parçacıkları) ile eksiton gibi kvaziparçacıkların güçlü elektromanyetik etkileşimler yoluyla birleşmesinden oluşur.
Trento Üniversitesi’nden atomik ve optik fizikçi Iacopo Carusotto, “Süperkatıyı, uzayda periyodik olarak düzenlenmiş tutarlı kuantum damlacıklarından oluşan bir akışkan olarak hayal edebiliriz,” diyor ve ekliyor:
“Bu damlacıklar, kristal bir katıda olduğu gibi uzamsal düzenlemelerini ve birbirlerine olan mesafelerini değiştirmeden bir engelin içinden geçebilirler.”
Bilim insanları deneyde galyum arsenitten yapılmış bir yarıiletken kullandılar. Bu yarıiletken, özel olarak tasarlanmış yapısı sayesinde üzerine gönderilen lazer ışığını manipüle ederek fotonları üç farklı kuantum durumuna ayırabiliyordu.
İlk aşamada fotonlar sıfır momentumlu bir duruma yerleşti. Ancak bu durum “dolduğunda”, foton çiftleri bitişik iki duruma taşmaya başladı. Süreç, polaritonların bilim insanlarının “süreklilik içinde bağlı durum” (BiC) olarak adlandırdıkları bir yapıya yoğunlaşmasına neden oldu.
Işığın Süperkatı Halinin Doğrulanması ve Geleceğe Yönelik Uygulamalar
Süperkatı hali doğrulamak için araştırmacılar, fotonların yoğunluğunu haritalayarak karakteristik bir modülasyon deseni tespit ettiler. Desen, süperkatılarda görülen önemli bir özellik olan “öteleme simetrisinin kırılması”nı gösteriyordu. Daha sonra interferometri kullanarak sistemin kuantum durumunu ölçtüler ve hem yerel hem de global olarak tutarlı olduğunu doğruladılar.
Pavia Üniversitesi’nden yoğun madde fizikçisi Dario Gerace, konuyu şöyle açıklıyor:
“Bu egzotik yoğun madde durumunu, bir yarıiletken nanoyapıda akan ışık akışkanında gerçekleştirmek, fiziksel özelliklerini yeni ve kontrollü bir şekilde araştırmamızı sağlayacak ve belki de benzersiz özelliklerini yeni ışık yayan cihazlarda kullanabilmemize olanak tanıyacak.”
Normalde süperkatıların oluşması için mutlak sıfıra (eksi 273,15 santigrat derece) çok yakın sıcaklıklar gerekir. Aşırı düşük sıcaklıklarda parçacıkların çoğu mümkün olan en düşük enerji durumuna yerleşir ve kuantum mekaniğinin ince etkileri, malzemenin davranışını belirleyen faktörler haline gelir. Ancak ışıktan oluşan süperkatılar, atomlardan oluşan süperkatılara göre daha kolay çalışılabilir olabilir.
CNR Nanoteknoloji Enstitüsü’nden fizikçi Daniele Sanvitto şunları söylüyor:
“Bu çalışma sadece fotonik bir platformda süperkatı fazının gözlemlenmesini göstermekle kalmıyor, aynı zamanda denge dışı sistemlerde maddenin kuantum fazlarının keşfedilmesine de yol açıyor. Bu, temel bilim ile pratik uygulamalar arasındaki boşluğu kapatma potansiyeline sahip olduğu için özellikle önemli.”
Işığın Süperkatı Hali Ne İşe Yarayabilir?
Süperkatılar, kuantum bilgisayarları, süperiletkenler, sürtünmesiz yağlayıcılar ve henüz düşünmeye bile başlamadığımız uygulamalar için kullanılabilir. Özellikle ışıktan oluşan süperkatılar, foton tabanlı kuantum teknolojilerinin geliştirilmesinde önemli bir rol oynayabilir.
Madde dünyası, okulda öğrendiğimizden çok daha karmaşık. Yeni keşif, maddenin dört temel halinin (katı, sıvı, gaz ve plazma) ötesine geçerek kuantum fiziğinin sınırlarını zorlayan egzotik madde durumlarının daha iyi anlaşılmasına katkıda bulunuyor. Bilim insanları gelecekte ışık tabanlı süperkatıların özelliklerini, özellikle kuantum maddesinin faz geçişleri sırasında nasıl değiştiğini daha detaylı incelemeyi hedefliyorlar.
İlginizi Çekebilir: Schrödinger’in Kedisinden İlhamla Tasarlanan Kübitler, Kuantum Bilgisayar Devrimini Başlatabilir
Sizler de yeni keşif hakkındaki fikirlerinizi yorumlarda veya Kayıp Rıhtım Forum’da paylaşabilir, daha fazlası için bizleri Google News ve WhatsApp kanalımızdan takip edebilirsiniz.
Kaynak: Popular Mechanics
Forum üzerinden yorum yapıp sohbete katılmak için tıkla!