Zaman Kristalleri

Zaman kristali, Enerjisiz sabit hareket…

Aylarca süren spekülasyonlara göre, araştırmacılar nihayet zaman kristallerini yaratmış olabilirler – sadece uzayda değil, zaman içinde de enerji olmadan sabit bir salınıma maruz bırakılan ve atomik bir yapıya sahip olan tuhaf kristaller…

Araştırmacılar bu tuhaf kristallerin nasıl üretileceğini ve ölçüleceğini ayrıntılı olarak raporladılar. İki bağımsız bilim ekibi, maddenin tamamen yeni bir fazının varlığını teyit eden bu tasarımı temel alıp laboratuvarda zaman kristalleri yarattıklarını bildirdiler. Keşif oldukça kuramsal görünebilir, ancak fizikte yepyeni bir çağın habercisi oldu – onlarca yıldır metaller ve yalıtkanlar gibi ‘denge halinde‘ olarak tanımlanan madde üzerinde çalışılıyordu.

Ancak evrende, zaman kristalleri de dahil olmak üzere henüz bakılmaya bile başlanmamış, dengede olmayan daha garip madde türleri olduğu öngörülmektedir. Şimdi ise bunların gerçek olduğu biliniyor.

Artık denge dışı maddenin ilk örneğinin elde edilmiş olması, kuantum hesaplama gibi yeni teknolojilerde ve çevredeki dünyayı anlamada atılımlara yol açabilir.

Berkeley/Kaliforniya Üniversitesi’nden baş araştırmacı Norman Yao, “Bu, maddenin yeni bir halidir, bir evredir, ancak denge dışı maddenin ilk örneklerinden biri olduğu için de çok güzeldir” dedi.

Geçtiğimiz yarım yüzyılda, metaller ve yalıtkanlar gibi dengedeki maddeleri araştırıyoruz, şimdi ise dengede olmayan bir maddeyi keşfetmeye başlıyoruz” diye de ekledi.

İlk kez Nobel Ödüllü teorik fizikçi Frank Wilczek tarafından 2012’de ön görülmüştür. Zaman kristalleri, taban hali (en düşük enerjili olunan haldir) olarak bilinen en düşük enerji halindeyken bile hareket eden yapılardır.

Genellikle, bir materyal taban halindeyken ki bu, bir sistemin sıfır noktası enerjisi olarak da bilinir, hareketin teorik olarak imkansız olması gerektiği anlamına gelir; çünkü hareket için enerji tüketmesi gerekecektir.

Ancak Wilczek bunun zaman kristalleri için geçerli olmayabileceğini ön gördü. Normal kristaller, bir elmasın karbon kafesi gibi uzayda tekrar eden bir atomik yapıya sahiptir. Ancak yakut ya da elmas gibi hareketsizdirler çünkü taban halindeyken dengededirler. Ancak zaman kristalleri, sadece uzayda değil, zaman içinde de tekrar eden bir yapıya sahiptir ve taban halindeyken de salınmaya devam ederler.

Jöle gibi düşünün – dokunduğunuzda tekrar tekrar titrer. Aynı şey zaman kristallerinde de olur, ancak buradaki büyük fark, hareketin herhangi bir enerji olmadan gerçekleşmesidir. Bir zaman kristali, doğal, taban halindeyken sürekli salınan jöle gibidir ve bu da onu, maddenin yepyeni bir fazına – dengede olmayan maddeye götürmektedir.

Yao ve ekibi, zaman kristalinin özelliklerini tam olarak nasıl ayarladıklarını ve nasıl ölçtüklerini anlatan detaylı bir tasarım oluşturdular, hatta zaman kristallerini çevreleyen çeşitli aşamaların ne olması gerektiğini tahmin ettiler – bu da maddenin yeni fazı için katı, sıvı ve gaz fazlarının eş değerini çözdükleri anlamına gelmektedir. Yao’nun tasarımına dayanarak, biri Maryland Üniversitesi’nden, diğeri de Harvard’dan olmak üzere iki bağımsız takım, kendi zaman kristallerini oluşturmak için talimatları izledi.

 Maryland Üniversitesinin zaman kristalleri, tüm elektron dönüşleri (spinleri) sarılı olan 10 iterbiyum iyonunun olduğu bir hat alarak oluşturuldu.

Bu kurguyu bir zaman kristaline çevirmenin anahtarı, iyonları dengeden uzak tutmak ve bunu da dönüşümlü olarak onlara iki lazerle vurarak sağlamaktır. Lazerin birisi manyetik bir alan yarattı ve ikinci lazer atomların spinlerini kısmen hareketlendirdi.

Tüm atomların spinleri birbirine dolaştığından dolayı, atomlar bir kristali tanımlayabilecek olan spin hareketliliğinin stabil ve tekrar eden bir döngü modeli içine yerleşti.

Bu yeterince normaldi, fakat bir zaman kristali haline gelmek için, sistemin zaman simetrisini kırması gerekmekteydi. İterbiyum atomunun gözlemlenmesiyle araştırmacılar bu atomun garip bir şey yaptığını fark ettiler.

Periyodik olarak iterbiyum atomlarını hafifçe hareketlendiren bu iki lazer, normal bir sistemde oluşamayan bir şeyden iki kat daha fazla bir tekrarlama üretiyorlardı.

“Jöleyi titrettiğinizde farklı bir evrede cevap verdiğini keşfetmeniz süper tuhaf olmaz mıydı? Ama bu durum, zaman kristalinin özüdür. ‘T’ periyoduna sahip bazı periyodik yönlendiriciler var, ancak sistem bir şekilde senkronize oluyor, böylece sistemi ‘T’den daha büyük bir periyotla salınırken gözlemleyebilirsiniz” dedi Yao.

Farklı manyetik alanlar ve lazer darbeleri altında zaman kristali, buz küpünün erimesi gibi faz değiştirir.

Harvard Üniversitesi’nin zaman kristali farklıydı. Araştırmacılar, elmastaki yoğun şekilde doldurulmuş azot boşluk merkezlerini kullanarak kurgulama yaptılar.

Indiana Üniversitesi’nden Phil Richerme; “Birbirinden farklı iki sistemde, elde edilen benzer sonuçlar, zaman kristallerinin, basitçe küçük veya aşırı derecede spesifik sistemlere dayanan bir merak olmadığını, maddenin yeni bir fazı olduğunun altını çiziyor. Ayrı zaman kristallerinin gözlemlenmesi; simetri kırılmasının tüm doğal alemde oluşabileceğini göstermiştir ve birkaç yeni araştırma yolunu açabilecektir” dedi.

For English version and details please check:

http://www.sciencealert.com/scientists-have-just-announced-a-brand-new-form-of-matter-time-crystals

Çeviri: N. S.

Sayfamızı beğenip takip etmek ister misiniz?
0

Bir Cevap Yazın