BİLİM İNSANLARI MADDENİN YEPYENİ BİR FAZINI ONAYLADILAR: ZAMAN KRİSTALLERİ
Enerji olmadan sürekli hareket
28 Ocak 2017
Aylardır, araştırmacıların sonunda zaman kristallerini yaratmış olabielceği spekülasyonu vardı – sadece uzayda değil, ayrıca zamanda tekrarlanan atomik yapıya sahip olan garip kristaller, bu onları enerji olmadan sürekli salınıma sokuyor.
Şimdi bu resmi – araştırmacılar bu garip kristallerin nasıl yapıldığını ve ölçüldüğünü ayrıntılı şekilde rapor ettiler. Ve iki bağımsız bilim insan ekibi laboratuarda bu mavikopyaya dayanan zaman kristallerini yarattıklarını iddia etti; bu tümüyle maddenin yeni bir fazının varlığını onaylıyor.
Keşif oldukça soyut görünebilir, ama fizikte tamamıyla yeni bir çağın habercisi – onlarca yıllardır metaller ve yalıtkanlar gibi ‘dengede’ olduğu tanımlanan maddeyi incelemekteyiz.
Ama Evrende, dengede olmayan, henüz bakmaya başlamadığımız daha fazla garip madde türleri olduğu tahmin edilmekteydi, buna zaman kristalleri de dahildi. Ve şimdi bunların gerçek olduğunu biliyoruz.
Şimdi, dengede olmayan maddenin ilk örneğinin etrafımızdaki dünyayı anlayışımızda atılımlara yol açabileceğine sahibiz.
Berkeley, California Üniversitesinden araştırmacı Norman Yao , “Bu maddenin yeni aşaması, ama aynı zamanda gerçekten harika, çünkü dengede olmayan maddenin ilk örneklerinden biri” dedi.
“Son yarım yüzyılda, metaller ve yalıtkanlar dengede olan maddeyi keşfetmekteyiz. Dengede olmayan maddenin bütünüyle yeni tabiatını keşfetmeye henüz başlıyoruz.”
Bir saniye için geri adım atalım, çünkü zaman kristalleri kavramı şimdiye kadar bir kaç yıldır ortalarda dolaşıyordu.
İlk kez 2012’de Nobel ödüllü teorik fizikçi Frank Wilczek tarafından öngörülen zaman kristalleri temel durum olarak bilinen en düşük enerji hallerinde bile harekete sahip oldukları görünen yapılardır.
Genellikle bir materyal, bir sistemin sıfır – noktası enerjisi olarak da bilinen temel halde olduğu zaman, bu, hareketin teorik olarak imkansız olması gerektiği anlamına gelir, çünkü bu onun enerjiyi genişletmesini gerektirir.
Ama Wilczek aslında zaman kristalleri için bunun bu durum olmayabileceğini öngördü.
Normal kristallerin uzayda tekrarlanan atomik bir yapısı vardır – aynen bir elmasın karbon örgüsünde olduğu gibi. Ama, bir yakut veya elmas gibi, bunlar hareketsizdir, çünkü temel hallerinde dengededirler.
Ancak, zaman kristallerinin sadece uzayda değil, zamanda tekrarlanan bir yapısı vardır. Ve bu onun temel halinde salınım yapmasını sürdürür.
Bunu jöle gibi imgeleyin – ona hafifçe vurduğunuz zaman, tekrar tekrar hafifçe sallanır. Aynı şey zaman kristallerinde gerçekleşir, ama buradaki büyük fark hareketin herhangi bir enerji olmadan gerçekleşmesidir.
Bir zaman kristali, kendi doğal, temel halinde sürekli olarak salınım yapan jöleye benzer ve bu, onu tümüyle maddenin yeni bir şaması yapan şeydir; dengede olmayan madde. O hareketsiz duramaz.
Ama, zaman kristallerinin var olduğunu öngörmek bir şeydir, onları yapmak tamamen başka bir şeydir, burada yeni araştırma geliyor.
Yao ve ekibi zaman kristalinin nasıl yapıldığını ve özelliklerinin nasıl ölçüldüğünü tam olarak tanımlayan ayrıntılı bir mavikopyayı öne sürdüler ve hatta zaman kristallerini çevreleyen çeşitli aşamaların ne olması gerektiğini öngürdüler – bu, maddenin yeni aşaması için katı, sıvı ve gaz hallerinin eşdeğerini ayrıntıları ile açıkladıkları anlamına geliyor.
Yao bu çalışmaya, “teorik fikir ve deneysel gerçekleştirme arasındaki köprü” adını veriyor.
Bu sadece spekülasyon değil. Yao’nun mavikopyasına dayanarak, iki bağımsız ekip – biri Maryland Üniversitesinden ve diğeri Harvard’dan – şimdi kendi zaman kristallerini yaratmak için talimatları izlediler.
Bu gelişmelerin her ikisi de geçen yılın sonunda arXiv.org sitesinde bildirildi ve dergilerde yayın için gönderildi. Yao, her iki makalede ortak yazardır.
Çalışmaların yayınlanmasını beklerken, iki iddia hakkında kuşkucu olmalıyız. Ama, iki ayrı ekibin geniş şekilde farklı sistemlerden zaman kristallerini yapmak için aynı mavikopyayı kullandıkları gerçeği ümit verici.
Maryland Üniversitesinin zaman kristalleri, hepsi dolaşık elektron dönüşleri olan 10 iterbiyum iyonunun conga hattını alarak yaratıldı.
Bu kurguyu zaman kristaline çevirmenin anahtarı, iyonları denge dışında tutmaktı ve bunu yapmak için araştırmacılar onları sırayla iki lazer ile vurdular. Bir lazer manyetik bir alan yarattı ve ikinci lazer atomların dönüşlerini kısmen tersine çevirdi.
Tüm atomların dönüşleri dolaşık olduğu için, atomlar bir kristali tanımlayan tersine çevrilmiş dönüşün stabil, tekrarlanan kalıbına yerleştiler.
Bu yeterince normaldi, ama zaman kristali olmak için, sistemin zaman simetrisini kırması gerekiyordu. Ve iterbiyum atom conga hattını gözleyerek araştırmacılar bunun garip bir şey yapmakta olduğunu fark ettiler.
İterbiyum atomlarını periyodik olarak dürten iki lazer dürtükleme periyodunda iki kez sistemde bir tekrarlama üretiyordu, normal bir sistemde gerçekleşemeyen bir şey.
Yao, “Jöleye salınım yaptırsaydınız ve bir şekilde farklı bir periyotta karşılık verdiğini görseydiniz süper garip olmaz mıydı?” dedi.
“Ama bu, zaman kristalinin özüdür. ‘T’ periyoduna sahip olan periyodik faktörünüz var, ama sistem bir şekilde senkronize oluyor, sistemin ‘T’den daha uzun olan bir periyot ile salınım yaptığını gözlüyorsunuz.”
Farklı manyetik alanlar ve lazer darbesi altında, zaman kristali faz değiştirdi, aynen eriyen bir buz parçası gibi.
Harvard zaman kristali farklıydı. Araştırmacılar elmasta yoğun şekilde paketlenmiş azot boşluk merkezlerini kullanarak oluşturdular, aynı sonuçları elde ettiler.
Çalışmaya dahil olmayan Indiana Üniversitesinden Phil Richerme açıklama yaptı, “Benzer sonuçlara, zaman kristallerinin maddenin yeni bir fazı olduğunu vurgulayan iki bambaşka sistemde ulaşıldı.”
“Farklı zaman kristalinin gözlenmesi, simetri kırılmasının aslında tüm doğal alemlerde gerçekleşebileceğini onaylıyor ve araştırmanın bir çok yeni yönüne yol açıyor.”
Yao’nun mavikopyası Physical Review Letters‘de yayınlandı.
Güncelleme, 31 Ocak 2017: Daha önce zaman kristallerinin sürekli salınımını temel halde devamlı hareket olarak karşılaştırdık, ki bu doğru değil. Şimdi bu açıklamayı düzeltiyoruz.
http://www.sciencealert.com/scientists-have-just-announced-a-brand-new-form-of-matter-time-crystals
(Çeviri: Saffet Güler)