Kuantum fiziğinin sınırları, katı, sıvı ve gaz gibi alışılmış hallerin ötesine geçebiliyor. Araştırmacılar, parçacıkların organize olup davrandığı özel bir yöntem olan egzotik bir kuantum madde halini gözlemlemeyi başardı.
Daha da önemlisi, bu keşif, kuantum hallerinin genellikle gerektirdiği aşırı soğutmaya ihtiyaç duymadan, oda sıcaklığında gerçekleştirildi.
Uluslararası bir araştırma ekibinin yürüttüğü deneylerin sonuçları, Science Advances dergisinde yayımlandı. Bu sonuçlar, kuantum teknolojilerinin gelişmiş hesaplama sistemleri ve sensörlerde daha pratik kullanımlarının önünü açıyor.
Sıvı ve katı arası bir yapıya sahip olan bu kuantum hal, mikro rezonatör adı verilen ışık tutucu küçük bir yapı kullanılarak oluşturuldu.
Kuantum deneyi için bu düzenek oldukça avantajlı: Nispeten ucuz, voltajlarla kontrol edilebilir ve kriyojenik buzdolabı gerektirmiyor.
Askeri Teknoloji Üniversitesi'nden fizikçi Wiktor Piecek, "Sıvı kristal mikro rezonatörlerimiz 60 °C'ye (140 °F) kadar olan sıcaklıklarda bile çalışabiliyor," diyor.
Bu kuantum halinin teknik adı, muhtemelen kuantum fizikçisi olmayanlar için biraz açıklama gerektiren, eksiton-polariton Bose-Einstein yoğunlaşması içinde bir süpersolid.
Kuantum aleminde var olan hallerden ikisi süperakışkanlar (dirençsiz akabilen bir sıvı) ve süpersolidlerdir (süperakışkanlar ancak gevşek, akışkan bir yapı yerine düzenli, tekrarlayan kristal yapıya sahip olanlar). Bu, süpersolid kısmını oluşturuyor.
Eksiton-polariton ise hem ışığı hem de maddeyi birleştiren, hibrit bir yarı parçacıktır (bir bütün gibi davranan birden fazla parçacık). Son olarak, Bose-Einstein yoğunlaşması (BEC), birden fazla parçacığın veya yarı parçacığın tek bir kuantum varlığı haline geldiği yerdir.
Bu kuantum halini üretmek için araştırmacılar, voltajla kontrol edilebilen bir sıvı kristali ve ışıkla güçlü etkileşime giren organik bir yarı iletkeni birleştirdi. Ardından kuantum reaksiyonu için enerji sağlamak üzere lazer darbeleri kullanıldı.
Ancak bilim insanlarının aradığı davranış nispeten kısa ömürlüydü; yarı iletkenin sıvı kristalle reaksiyona girmesi nedeniyle malzemeler zamanla bozuldu.
Şikago Üniversitesi'nden fizikçi Marcin Muszyński, "Tüm deney dizisini önceden planlamak zorundaydık," diyor. "Bir ölçümü tekrarlamak, tamamen yeni bir numune üretmek anlamına geliyordu."
Araştırmacıların gözlemlediği durumun ilerleyen her lazer darbesiyle daha da doğrulanması geldi. Yoğunlaşma her seferinde yeniden oluştu, süpersolidi oluşturan çizgi desenleri her yenilemede biraz farklı yerlerde hizalandı.
Bu, harici mikro rezonatörden etkilenen bir durumdan ziyade, bu kuantum halinin içsel doğasının bir kanıtı olması açısından önemli.
Fransa Ulusal Bilimsel Araştırma Merkezi'nden (CNRS) fizikçi Guillaume Malpuech, "Bu, kendiliğinden simetri kırılmasının ders kitabı örneği," diyor.
Teori, süpersolidi birkaç eşdeğer durum arasından seçim yapabileceğini öngörmüştü ve gözlemlediğimiz tam da buydu."
Araştırmacıların ürettiği bireysel parçacıklar sadece saliselerce sürse de, ihtiyaç duydukları gözlemleri yapmak için yeterliydi. Aynı sonuçlarla birden fazla numune test edildi ve bu sonuçlar bilgisayar simülasyon modelleriyle de desteklendi.
Deneyleri daha da geliştirmenin yolları, çekirdek reaksiyonları daha uzun süre devam ettirmenin yolları üzerinde çalışmayı ve süperakışkan davranışı gösteren çizgilerdeki kusurları (kusurların süperakışkan davranışı gösterdiği) daha ayrıntılı incelemeyi içerebilir.
Nihayetinde, bu durum, özellikle burada gösterilen spin-yörünge eşleşmesi (süpersolid düzenlemeyi yaratan ışık polarizasyonu ve hareketin bağlanması) söz konusu olduğunda, aşırı soğutmanın ek maliyeti ve karmaşıklığı olmadan, süperakışkanlar ve süpersolidlerde kuantum davranışını incelemek için daha kolay bir yöntem anlamına geliyor.
Işıkla ilgili hemen hemen her kuantum etkisi, bilgisayar çiplerini ve gelişmiş sensörleri içerenler de dahil olmak üzere, uzun vadede daha fazla fayda sağlayabilir.
Araştırmacılar yayımladıkları makalede, "Çalışmamız, spin-yörünge eşleşmesi varlığında ve ötesinde ışık kuantum akışkanları için yeni perspektifler açıyor," diye yazıyor.
Araştırma, Science Advances dergisinde yayımlanmıştır.
Kaynakça: sciencealert.com
