Bilim İnsanları Işığı İlk Kez 'Süper Katı' Hale Getiriyor

    Araştırmacılar ilk kez, aynı anda hem katı hem de sıvı olan bir 'süper katı' oluşturmak için ışığı kuantum kristal bir yapıya dönüştürdüler. İşte bunun ne anlama geldiği ve neden ileriye doğru bu kadar büyük bir adım olduğu. 

    Araştırmacılar ilk kez ışığı bir 'süper katı' ya dönüştürdüler - aynı anda hem katı hem de sıvı olan garip bir madde hali. 

    Bilim adamları daha önce atomlardan süper katılar yapmış olsalar da, bu, bir süper katı oluşturmak için ışık ve maddeyi birleştirmenin ilk örneğidir ve yoğun madde fiziğini incelemek için yeni kapılar açar, araştırmacılar 5 Mart'ta Science dergisinde yayınlanan bir makalede açıkladılar. 

    Peki süper katı tam olarak nedir ve bu yeni gelişme neden bu kadar heyecan verici? İşte bilmeniz gereken her şey. 

Süper katı nedir?

    Süper katılar, parçacıkların düzenli, kristal bir katıya yoğunlaştığı, ancak aynı zamanda viskozitesi olmayan bir sıvı gibi hareket ettiği kuantum mekaniği tarafından tanımlanan garip bir madde halidir. ( Viskozite, bir maddenin ne kadar düzgün aktığını yöneten iç sürtünmesini ifade eder ). Genellikle katılar kendi başlarına hareket etmezler, ancak süper katılar, organize bir kafes yapısını korurken parçacık etkileşimlerine bağlı olarak yön ve yoğunluk değiştirir. 

Süper katılar neden bu kadar soğuk?

    Süper katıların oluşması için son derece düşük sıcaklıklar gerekir - genellikle mutlak sıfıra çok yakındır ( eksi 459.67 derece Fahrenheit veya eksi 273.15 santigrat derece ). Parçacıkların çoğu mevcut en düşük enerji durumunu işgal etmek zorundadır ve ısı, parçacıkların bir top çukurundaki heyecanlı küçük çocuklar gibi yukarı ve aşağı sıçramasına neden olur. 

    Bir malzeme yeterince soğuksa, sıcaklık artık parçacıkların birbirleriyle nasıl etkileşime girdiğini gizlemez. Bunun yerine, kuantum mekaniğinin küçük etkileri, malzemenin nasıl davrandığına dair belirleyici faktörler haline gelir. 

    Yeni yürümeye başlayan çocukların eve gittiğini ve top havuzunun sakin bir duruma geçtiğini hayal edin. Şimdi, top çukurunun tek tek bileşenlerinin, özelliklerini tanımlamak için birbirleriyle nasıl etkileşime girdiğini huzur içinde inceleyebiliriz. 

Bir sıvının viskozitesi nasıl olmaz?

    Viskozite, bir sıvının şeklini ne kadar kolay değiştirdiğinin bir ölçüsüdür. Daha yüksek viskoziteye sahip bir sıvı, kendine daha fazla yapışma eğilimindedir ve bu nedenle, şurubun bir kaptan döküldüğünde suyun musluktan nasıl aktığına kıyasla daha yavaş hareket etmesi gibi harekete direnir. Süper akışkanlar ve süper katılar dışındaki tüm sıvılar bir miktar viskoziteye sahiptir.

    Viskozitesi olmayan bir sıvının en iyi bilinen örneği, mutlak sıfırın birkaç derecesi içindeki sıcaklıklara soğutulmuş helyumdur. Parçacıklar tamamen hala mutlak sıfırda değildir; — Belirsizlik ilkesi nedeniyle biraz kıpırdarlar. Helyum-4 izotopu söz konusu olduğunda, parçacıkları gerçekten bir araya getirmek için yaklaşık 25 atmosfer değerinde basınç uygulanmadıkça, bir helyum-4 örneğinin mutlak sıfırda katılaşmasını imkansız hale getirecek kadar çok kıpırdarlar.

    Helyum-4'ün mutlak sıfırda kıpırdaması ve diğer kuantum olayları, sıvının nasıl davrandığı konusunda bazı ciddi değişikliklere neden olur. Sürtünmeyi durdurur ( ve bu nedenle viskozitesi yoktur ) ve diğer şeylerin yanı sıra kendini hızlı bir şekilde kaplardan dışarı çekebilir. 

Işığı nasıl katı hale getirebiliriz?

    Süper katılar daha önce atomik gazlardan yapılmıştır. Bununla birlikte, yeni araştırma, "polariton" sistemlerinin özelliklerine dayanan yeni bir mekanizma kullandı. 

    Polaritonlar, fotonların ( ışık ) ve eksiton gibi kuaziparçacıkların güçlü elektromanyetik etkileşimler yoluyla birleştirilmesiyle oluşturulur. Özellikleri, bazı atomik gazlara benzer şekilde mümkün olan en düşük enerji durumuna yoğunlaşmalarına izin verir. Başka bir deyişle, ışık madde ile birleşir ve birlikte bir süper katı halinde yoğunlaştırılabilirler. 

Süper katılar neden faydalıdır?

    Süpersolidlerin incelenmesi önemlidir, çünkü parçacıklar arasındaki küçük, kuantum etkileşimlerin etkilerini sıcaklık olmadan gösterirler. Süper katıların davranışlarını ve özelliklerini haritalandırdığımızda, aslında atomların ve parçacıkların nasıl bir araya getirildiğine bakıyoruz. Bu bize içinde yaşadığımız dünya hakkında temel düzeyde bilgi verir.

    Daha fazla araştırma ve geliştirme ile süper katılar, kuantum hesaplama, süper iletkenler, sürtünmesiz yağlayıcılar ve henüz düşünmeye başlamadığımız uygulamalar için kullanılabilir. Henüz keşfetmemiz gereken pek çok olasılık var ve ışıktan bir süper katı yapmak ileriye doğru atılmış büyük bir adım.