Bilim İnsanları Maddenin Yeni Halini Buldu: Zaman Kristalleri!
Aylardır, araştırmacıların en sonunda
zaman kristallerini oluşturduğu yönünde bir spekülasyon devam etmekte. Bunlar; sadece uzayda değil, zamanda da tekrar eden
atomik yapıda ve enerji olmaksızın
sonsuz hareketlilik halinde olan gizemli kristaller. Araştırmacılar bu kez detaylı bir şekilde bu garip kristallerin nasıl yapıldığını ve ölçümlendiğini açıkladılar. İki ayrı araştırma ekibi, laboratuvar ortamında zaman kristalleri oluşturduklarını, yani maddenin tamamen
yeni bir formunun varlığını kanıtladıklarını iddia ediyor.
Keşif, şu anda kulağa soyut gelse de fizik dünyasında yeni bir çağ başlatıyor; zira on yıllarca, metaller ve yalıtkanlar örnekleri gibi, maddenin
“kararlı” hali üzerinde çalıştık. Ancak, öngörüldüğü üzere evrende maddenin
“kararsız” pek çok garip hali bulunmakta, zaman kristalleri de bunlara dahil. İşte şimdi, bunun gerçek olduğunu biliyoruz. İlk kez elde ettiğimiz kararsız madde ile dünyayı algılayışımız değişecek, tabii beraberinde
kuantum hesaplamaları gibi yeni teknolojileri de değiştirecek.
Kaliforniya Berkeley Üniversitesi’nden Araştırmacı Norman Yao “Bu maddenin yeni bir fazı, ancak aynı zamanda kararsız maddenin ilk örneklerinden biri; geçtiğimiz yüzyılın yarısı boyunca kararlı maddeleri inceledik, artık kararsız maddelerin dünyasını keşfedeceğiz” diyor. Zaman kristalleri kavramı birkaç yıldır konuşulmakta. İlk kez Nobel ödüllü teorik fizikçi Frank Wilczek tarafından “Zaman kristalleri en düşük enerji seviyesinde,
‘temel durumda’ bile hareket etmeye devam ettiği görülen yapılardır” ifadesiyle 2012’de ortaya atıldı.
Genellikle bir maddenin, sistemin
“sıfır nokta enerjisi” diye de bilinen temel durumundayken hareket etmesi teorik olarak imkansızdır. Ancak Wilczek bu durumun zaman kristalleri için geçerli olmadığını öngördü. Normal kristallerin
uzayda tekrar eden bir
atomik yapısı var, elmastaki karbon kafes gibi ve bunlar temel halde oldukları için hareketsizler. Ancak zaman kristallerinin yapısı zamanda tekrar etmekte, sadece uzayda değil ve temel durumda da salınmaya devam etmekteler.
Bunu dokunduğunuzda sallanmaya devam eden jöle gibi hayal edin. Zaman kristalleri de bu şekilde, tek fark hareketin herhangi bir enerji olmadan ortaya çıkması, yani
dokunmadan! Bir zaman kristalini, maddenin yepyeni formu olan
“kararsız madde” yapan şey, kendi doğal, temel halinde devamlı salınan jöle gibi olması, sabit duramıyor olması. Esas önemli nokta ise, artık bunu öngörmenin ötesinde, zaman kristalinin yapılmış olması.
Yao ve ekibi, tam olarak bir zaman kristali yapmak ve onun özelliklerini ölçümlemek üzere ayrıntılı bir projeyi ortaya koyarken, zaman kristallerini çevreleyen çeşitli fazların nasıl olması gerektiğini de tahminliyorlar. Bu, maddenin yeni halinin katı, sıvı, gaz fazlarını detaylarıyla göstermek demek. Yao’nun ifadesiyle, “teorik fikirle deneysel uygulamanın köprüsü” bilimsel nitelikteki dergi
Physical Review Letters’da yayımlandı. Maryland Üniversitesi ve Harvard’dan iki bağımsız çalışma grubu da kendi zaman kristallerini oluşturmak için projeyi detaylarıyla uyarlamaktalar. Tüm bu gelişmelerin hakemli dergilerde yayımlanmak üzere başvuruları yapıldı.
Maryland Üniversitesi, zaman kristallerini, her birinin
elekron spinleri dolanmış haldeki 10
İtterbiyum (iterbiyum) iyonundan oluşan bir dizilimle oluşturmuş Bu dizilimi zaman kristaline çevirmenin yolu iyonları kararsız halde tutmak, bunun için de araştırmacılar onları iki lazerle vurmuş; ilk lazer
manyetik alanı oluşturmak için, ikinci
atomların dönüşünü saptırmak için.
Tüm atomların spinleri dolanmış halde olduğu için, atomlar kristali oluşturan
stabil, tekrar eden yapıda bir
döngüye geçmişler. Buraya kadar yeterince normal olsa da, bir zaman kristaline dönüşmek için sistemin
zaman simetrisini yıkması gerekiyor. Araştırmacılar da İtterbiyum atom dizilimini incelediklerinde onun garip bir şey yaptığını fark etmişler. Periyodik olarak atomları vuran iki lazer sistemde normalde görülmeyecek, vuruş periyodunun iki katı süren bir tekrar oluşturmuş. Yao bu konuda şöyle diyor, “Jöleyi dürttüğünüzde ve bir süre sonra size bir şekilde tepki verse bu çok garip olmaz mıydı? İşte bu, zaman kristalinin esas niteliği. Periyodu ‘T’ olan bir periyodik yürütücümüz var, diyelim, ancak sistem bir şekilde senkronize oluyor ve ölçümlendiğinde ‘T’den daha
geniş bir periyotta salınıyor.”
Farklı manyetik alanlarda ve lazer titreşiminde
kristal faz değiştirilebilir tabii, bir buz küpünün erimesi gibi. Harvard zaman kristalini yaparken, araştırmacılar onu elmaslardaki azot boşluk merkezlerinin yoğun paketlemesiyle hazırladıklarında aynı sonuca ulaştılar. Indiana Üniversitesi’nden bu çalışmalara dahil olmayıp makaleye katılan Phil Richerme; zaman kristallerinin maddenin yeni bir hali olduğunun altını çizerek, birbiriyle asla kıyaslanamaz sistemlerde benzer sonuçların ortaya çıkmasının; konunun, sadece küçük,
spesifik sistemlere indirgenecek basit bir merak olamayacağını açıklıyor.
Kaynak:
ScienceAlert / Physıcal Revıew Letters (28 Ocak 2017)
