Sözcü Plus Giriş

Fizikte çığır açan yeni dönem: İlk denge dışı madde olma özelliğiyle ‘Zaman Kristalleri’

Bilim insanları iterbiyum iyonlarını tekrarlı bir sistemle uyararak yepyeni bir madde türü oluşturmayı başardılar. Zaman kristali olarak tanımlanan bu madde, termodinamik açıdan ilk denge-dışı madde türü olma özelliği taşıyor.

Güncellenme: 15:53, 23/02/2017
Fizikte çığır açan yeni dönem: İlk denge dışı madde olma özelliğiyle ‘Zaman Kristalleri’

Çoğu insan için kristaller, koleksiyoncular tarafından elmas, yarı değerli taşlar veya kuvars kristalleri anlamına geliyor. Fakat Norman Yao’ya göre bu kristaller buzdağının sadece ucu gibidir. Eğer kristaller, bir elmansın karbon kafesi gibi uzayda tekrarlayan atomik bir yapıya sahipse neden zamanda kristaller tekrar eden bir yapıya sahip olamazlar. Yani zaman kristal mi?

Kaliforniya Üniversitesi’nin sitesinde yer alan habere göre, Physcial Review Letters’de geçen hafta yayımlanan makalede, Kaliforniya Üniversitesi’de fizik alanında yardımcı profesör olan Yao, böyle bir kristalin özelliklerini tam olarak nasıl hazırlayacağını ve ölçtüğünü açıklıyor ve hatta zaman kristalini çevreleyen çeşitli fazların ne olması gerektiğini öngörüyor.

Bu bir spekülasyon değil. İki grup Yao’nun planını izledi ve ilk kez zaman kristalleri yaratılmış oldu. Maryland Üniversitesi ve Harvard Üniversitesi’nden gruplar, geçen yıl çevrimiçi yayımlanan makalelerde tamamen farklı iki başlangıç düzenlemesi kullanarak başarılarını ilan ettiler ve sonuçları sundular. Yao her iki makalede de ortak yazar olarak yer alıyor.

İlginizi ÇekebilirZaman yolculuğu mümkün!Zaman yolculuğu mümkün!

Zaman kristalleri zaman içinde tekrarlarlar, çünkü periyodik olarak kovulurlar. Yao, bunu bir jeli tekrarlayarak dokundurmak için çalkalamaya benziyor diye açıklıyor. Bu büyük kristaller, bu belirli kristallerin zaman içinde tekrarlanmalarından daha az, bunlar esas olarak denge dışı madde halini almış. Esas büyük başarı bu maddenin kendi doğasından gelen bir dengesizlik içinde oluşu ve bir denge haline asla geçemeyen yepyeni bir madde türü olması. Yani bir kere dürttüğünüzde başka bir enerjiye gerek duymadan sonsuza dek bu periyodik titreşimli yapısını sürdürüyor. Doğadaki bir elmas, dengeye ulaşmış yapıdadır ancak bir zaman kristali asla dengeye ulaşamaz. Termodinamik olarak denge-dışıdır.

trapped_ions750

Bir boyutlu iterbiyum iyon zinciri, bir zaman kristaline dönüştürüldü. Her iyon, bir elektron dönüşü gibi davranıyor ve ok olarak belirtilen uzun menzilli etkileşimler sergiliyor. (Resim: Chris Monroe)

Yao,  “Bu, maddenin yeni bir evresi ve dönemi; diğer yandan denge dışı bir maddenin ilk örneklerinden biri olduğu için de çok güzel.” diyor. “Geçtiğimiz yarım yüzyılda, metaller ve izolatörler gibi denge halindeki maddeleri keşfettik. Artık denge dışı maddelerin yepyeni bir manzarasını keşfediyoruz.” diyor.

Yao için bir diğer vurguladığı konu ise; zaman kristalleri kuantum bilgisayarlarında mükemmele yakın hafıza öğeleri olarak kullanılabilecek olması.

İlginizi ÇekebilirBeş boyutlu bir kara delik, Einstein'ın Görelilik Teorisi'ni çökertebilirBeş boyutlu bir kara delik, Einstein'ın Görelilik Teorisi'ni çökertebilir

Maryland Üniversitesi'nden Chris Monroe ve meslektaşlarının araştırmasında oluşturulan zaman kristalinde, kuantum bilgisayarlar olarak test edilen kubit sistemlerdeki gibi elektron dönüşleriyle etkileşime geçen 10 iterbiyum iyonundan oluşan bir konga Hattı (Türkiye’de boncuk gibi dizilen timsah yürüyüşü olan figür hayal edilebilir) üzerinde çalıştılar.  Araştırmacılar, iyonları denge-dışı duruma itmek için bir lazer ışınıyla üst üste uyararak etkili bir manyetik alan oluşturdular ve diğer lazerle de atomların dönüşlerini (spin) kısmen düzenlediler. Defalarca tekrar eden bir dizi test sonucunda, dönüşler arasındaki ilişki atomlarda belli ve tekrarlı bir dönüş örüntüsü yaratıyor. Buna da kristal yapı adı veriliyor.

Kuantum mekaniğine göre elektronlar, atomların temelini oluşturan düzenli, üç boyutlu ve simetrik uzamsal yapıyla uyuşmayan kristaller oluşturabiliyor. Bu durum madde simetrisinin bozulmasına ve “kristal” olarak adlandırılan maddenin kendine özgü özelliklerle ortaya çıkmasına neden oluyor.

İlginizi ÇekebilirProf. Michio Kaku, bilim dünyasındaki son gelişmeleri açıkladı!Prof. Michio Kaku, bilim dünyasındaki son gelişmeleri açıkladı!

Zaman kristalleri ilk kez Nobel ödüllü Frank Wilczek tarafından 2012 yılında ortaya atılmıştı ve geçen yıl Princeton Üniversitesi ve Kaliforniya Üniversitesi’nden  teorik fizikçiler böyle bir kristalin yapılabileceğini birbirlerinden bağımsız olarak kanıtladılar. Yao’ya göre, UC Berkeley grubu “teorik fikir ve deneysel uygulama arasındaki köprü” idi.

zaman-kristaliKuantum mekaniğine göre elektronlar, atomların temelini oluşturan düzenli, üç boyutlu ve simetrik uzamsal yapıyla uyuşmayan kristaller oluşturabiliyor. Bu durum madde simetrisinin bozulmasına ve “kristal” olarak adlandırılan maddenin kendine özgü özelliklerle ortaya çıkmasına neden oluyor.

Yao “Bir ‘zaman kristali' ayrıca zamansal simetriyi de kırıyor. Kristallerin üretiminde kullanılan iterbiyum (Yb) atomları üzerinde manyetik alan ve lazer atımlarıyla değişiklikler yaparak normal bir sistemde asla ortaya çıkmayacak iki katı süresinde tekrarlı sistem meydana getiriliyor.” diyor .

İlginizi ÇekebilirBu denklem fiziği değiştirebilir: ER=EPRBu denklem fiziği değiştirebilir: ER=EPR

Indiana Üniversitesi'nden Phil Richerme araştırmayı: “Birbirinden kesin çizgilerle ayrılmış sistemlerde böylesi benzer sonuçların ortaya çıkması bizlere zaman kristallerinin maddenin yepyeni bir hali olduğunu fazlasıyla gösteriyor. Zaman kristallerinin bu şekilde ayrı ayrı gözlemlenmesi, söz konusu simetri kırılmalarının bütün doğal sistemlerde meydana gelebileceğini ve fizik evrenindeki araştırmaların yepyeni yönlere evrimleşmesini sağlayacak biçimde önümüzdeki yolu aydınlattığını haber veriyor.” diyerek araştırmanın çığır açıcı önemini vurguluyor.

Norman Yao,  bu yeni madde üzerindeki bulguları incelemeyi sürdürürken, bir yandan henüz keşfedilmemiş olan diğer denge-dışı maddelerin varlığını araştırmak için gerekli kuramsal temeller üzerinde çalışıyor.

Çeviri: Reha BAŞOĞUL

İlginizi ÇekebilirBilim insanları, ilk kez 'imkansız molekül' olarak bilinen 'triangulene molekülünü' laboratuvarda ürettiBilim insanları, ilk kez 'imkansız molekül' olarak bilinen 'triangulene molekülünü' laboratuvarda üretti
Yayınlanma Tarihi:15:03,