Işık ilk kez 'süper katıya' dönüştürüldü

Işıktan ilk kez akışkan gibi akabilen tuhaf bir katı yaratıldı. Bunu incelemek araştırmacıların maddenin egzotik kuantum hallerini daha iyi anlamalarına yardımcı olacak.

İtalya'daki Ulusal Araştırma Konseyi'nden (CNR) Dimitris Trypogeorgos, "Aslında ışığı katıya dönüştürdük. Bu oldukça harika," diyor. Yine CNR'den Daniele Sanvitto'nun ışığın nasıl akışkan olabileceğini on yıldan fazla bir süre önce gösterdiğini belirtiyor. Şimdi Trypogeorgos, Sanvitto ve meslektaşları ışığı kullanarak herhangi bir katıyı değil, bir kuantum "süperkatıyı" yarattılar.

Kuantum zaman yolculuğu: 'Bir parçacığı geçmişe gönderme' deneyi

Süperkatılar aynı anda sıfır viskoziteye ve tuz kristallerindeki atomların dizilimine benzer kristal benzeri bir yapıya sahiptir. Bu garip malzemelerin kuantum aleminin dışında bir karşılığı yoktur. Bu nedenle daha önce yalnızca atomların aşırı düşük sıcaklıklara soğutulduğu ve aksi takdirde ihmal edilebilir kuantum etkilerinin baskın hale geldiği deneylerde yaratılmışlardı.

Ancak bu deneyde araştırmacılar, ultra soğuk atomları yarı iletken alüminyum galyum arsenit ve bir lazerle değiştirdiler.

Lazeri, dar sırt desenine sahip küçük bir yarı iletken parçasına tuttular. Işık ve malzeme arasındaki karmaşık etkileşimler sonunda polariton adı verilen bir tür hibrit parçacık oluşturdu. Sırt deseni, bu "kuazi parçacıkların" nasıl hareket edebileceğini ve polaritonların bir süperkatı oluşturacak şekilde hangi enerjilere sahip olabileceklerini kısıtladı.

Zaman, kuantum dolanıklığı tarafından yaratılan bir yanılsama olabilir

Zamanın gerçek doğası fizikçileri yüzyıllardır yanılttı, ancak yeni bir teorik model, bunun yalnızca kuantum nesneleri arasındaki dolanıklık nedeniyle var olabileceğini öne sürüyor

Sanvitto, ekibin bu sıkışmış ve dönüştürülmüş ışığın hem katı hem de viskozitesi olmayan bir sıvı olduğunu kanıtlamak için yeterli özelliklerini çok hassas bir şekilde ölçmesi gerektiğini söylüyor. Bu bir zorluktu çünkü bilim insanları daha önce ışıktan yapılmış bir süperkatıyı hiç yaratmamış ve deneysel olarak değerlendirmemişti, diyor.

Fransa'daki Sorbonne Üniversitesi'nden Alberto Bramati, yeni deneyin kuantum maddesinin bir faz geçişinden geçerek durumunu nasıl değiştirebileceğine dair fizikçilerin genel anlayışına katkıda bulunduğunu söylüyor. Ekip, bir süperkatı yaptıklarını açıkça gösterdi ancak özelliklerini anlamak için çok daha fazla ölçüm yapılması gerektiğini söylüyor.

Trypogeorgos, ışık tabanlı süperkatıların daha önce atomlarla oluşturulanlardan daha kolay işlenebileceğini ve bu durumun ekibinin deneyini bir dizi yeni ve şaşırtıcı madde türünü anlamaya yönelik ilk adım haline getirebileceğini söylüyor.

"Gerçekten yeni bir şeyin başlangıcındayız" diyor.

Kaynak: New Scientist 

Dünyada Bir İlk: Fizikçiler Işıktan Süper katı Bir Madde Yarattılar

Süperkatılar, katıların ve sıvıların özelliklerini birleştiren garip bir kuantum madde halidir.

Şimdi bilim insanları ışığın kendisini bir süperkatıya dönüştürdükçe daha da akıl almaz bir hal aldılar. Bu, yeni kuantum ve fotonik teknolojilere yol açabilecek bir atılım.

Günlük katıların, sıvıların, gazların ve plazmaların ötesinde, maddenin egzotik hallerinden oluşan bir hayvanat bahçesi var. Uzun süredir teorize edilen ancak yakın zamanda yaratılan bir süperkatı, normal bir katı gibi kristal bir yapıya sahip ancak aynı zamanda sezgiye aykırı bir şekilde bir sıvı gibi serbestçe akabilir.

İtalya'daki Trento Üniversitesi'nden atom ve optik fizikçi Iacopo Carusotto, "Süperkatıyı, uzayda periyodik olarak düzenlenmiş tutarlı kuantum damlacıklarından oluşan bir sıvı olarak hayal edebiliriz" diyor.

Carusotto, damlacıkların "bir engelden geçerek bozulmalara uğramadan akabildiğini, kristal bir katıda olduğu gibi mekansal düzenlerini ve karşılıklı mesafelerini değiştirmediğini" açıklıyor.

Süperkatılar daha önce sadece atomlardan oluşuyordu, ancak İtalya'daki Ulusal Araştırma Konseyi'ndeki (CNR) bilim insanlarının liderliğindeki ekip, fotonları kullanarak ilk kez bir tane yarattı.

"Yarı iletken nanoyapıda akan bir ışık sıvısında yoğun maddenin bu egzotik halini fark etmek, fiziksel özelliklerini yeni ve kontrollü bir şekilde araştırmamızı ve belki de yeni ışık yayan cihazlarda olası uygulamalar için benzersiz özelliklerini kullanabilmemizi sağlayacak," diyor İtalya'nın Pavia Üniversitesi'nden yoğun madde fizikçisi Dario Gerace.

Burada tam olarak ne olduğunu anlamak zor olabilir. Bilim insanları havadan serbestçe uçan fotonları çekip onları egzotik bir madde haline getirmekle kalmadılar - sonuçta ışık madde değil, enerjidir.

Bunun işe yaraması için araştırmacıların fotonları maddeye bağlamaları gerekiyordu. Fotonlar, denklemin madde kısmını sağlayan galyum arsenit yarı iletkenine ışınlanan bir lazerden geldi. Fotonlar, polariton adı verilen kuazi parçacıklar oluşturmak için malzemedeki uyarımlarla etkileşime girer.

Işığı süperakışkan hale getirmek için geçmişte benzer kurulumlar kullanılmıştır. Bunu süperkatı hale getirmek birkaç ekstra adım gerektirir.

Galyum arsenit, fotonları üç farklı kuantum durumuna manipüle etmek için tasarlanmış özel bir yapıya sahipti.

İlk başta, fotonlar sıfır momentumlu bir duruma yerleşir, ancak bu durum 'dolduğunda', foton çiftleri iki bitişik duruma yayılmaya başlar. Bu, polaritonların ekibin süreklilikteki bağlı bir duruma (BiC) yoğunlaşmasına neden olur.

Polaritonları yarı iletken içindeki her bir duruma sınırlamak, onlara bir katının mekansal yapısını verirken, sürtünmesiz akma konusundaki doğal yetenekleri onları bir süperakışkan yapar. Her ikisinin özellikleri bir araya geldiğinde tüm sistemi bir süperkatı yapmalıdır.

Bunun böyle olduğunu doğrulamak için, ekip daha sonra bazı belirgin işaretleri kontrol etmek zorundaydı. Fotonların yoğunluğunu haritalamak, ortada bir uçurum bulunan iki yükselen tepeyi ortaya çıkarır. Ancak bunun üstünde, süperkatıların bir özelliği olan çeviri simetrisinin bozulduğunu gösteren belirli bir modülasyon deseni yatar.

Daha sonra, sistemin kuantum durumunu ölçmek ve bunun yerel olarak, her bir durum bileşeninde ve tüm sistem boyunca küresel olarak tutarlı olduğundan emin olmak için interferometri kullandılar. Ve gerçekten de, bu kırılgan düzen bir arada tutuldu ve bir süperkatı yaratıldığına dair daha fazla kanıt ekledi.

Ekip, bunun maddenin garip durumunu oluşturmanın tamamen yeni bir yolunu temsil ettiğini söylüyor.

"Bu çalışma yalnızca fotonik bir platformda süperkatı bir fazın gözlemlenmesini göstermekle kalmıyor, aynı zamanda denge dışı sistemlerde maddenin kuantum fazlarının keşfinin yolunu da açıyor," diyor CNR Nanoteknoloji Enstitüsü'nden fizikçi Daniele Sanvitto.

"Bu özellikle önemlidir çünkü bu yaklaşım temel bilim ile pratik uygulamalar arasındaki boşluğu kapatma potansiyeline sahiptir."

Kaynak: Science Alert