Bilim İnsanları Alice Yüzüğü Adında Bir Kuantum Nesnesi Yaptı. Bundan Sonra Gelecek Çok Daha Tuhaf

Bilim İnsanları Alice Yüzüğü Adında Bir Kuantum Nesnesi Yaptı. Bundan Sonra Gelecek Çok Daha Tuhaf.

Topolojik tek kutuplar, "Alice halkaları" olarak bilinen şeye dönüşebilen bir kuantum fiziği olgusudur.

Adını Lewis Carroll'un ünlü kahramanından alan bu girdap halkası, içinden geçen herhangi bir monopolün manyetik yükünü çevirerek bir anti-monopol yaratıyor.

Bu halkalar yalnızca 80 milisaniye kadar sürse de kozmoloji ve yüksek enerji fiziği çalışmalarında büyük etkileri olabilir.

Lewis Carroll'un edebi eserleri ile kuantum fiziğinin karmaşık entrikalarının yolları nadiren kesişir; ancak kesiştiğinde, göründüğü kadar akıl almazdır.

Geçen ay, Finlandiya'daki Aalto Üniversitesi'nden ve Massachusetts'teki Amherst Koleji'nden bilim insanları, 'Alice yüzüğü' olarak bilinen tuhaf bir kuantum nesnesi yarattılar. Carroll'un Alice Harikalar Diyarında'daki ana karakterine bir saygı duruşu olan bu isim, oldukça uygun bir isim. Bu çürümüş tek kutup (tek manyetik kutba sahip bir parçacık), merkezinden geçen diğer herhangi bir tek kutupun manyetik yükünü çeviren bir "girdap halkası" açar ve bir "anti-tek kutup" yaratır. Araştırmanın sonuçları Salı günü Nature Communications dergisinde yayınlandı.

Makalede, "Tek kutuplar ve girdaplar, erken evrenin genişliğinden, nematik sıvı kristallerin ve ultra soğuk gazların küçük laboratuvar damlacıklarına kadar, muazzam boyut ve enerji ölçeklerini kapsayan fiziksel sistemlerde ortaya çıkan temel topolojik uyarımlardır" diye yazıyor. "Girdapların ve tek kutupların topolojileri birbirinden farklı olsa da, belirli koşullar altında bir tek kutup kendiliğinden ve sürekli olarak içinden geçen tek kutupların anti-tek kutuplara dönüşmesi gibi ilginç bir özelliğe sahip bir girdap halkasına dönüşebilir."

Fizik dünyasında "tek kutuplar" olarak adlandırılan birkaç tür fenomen vardır. İlk kez 1930'larda İngiliz fizikçi Paul Dirac tarafından teorileştirilen manyetik tek kutuplar vardır. Yüzyıllık araştırmalara (CERN'deki büyük projeler dahil) rağmen hala varsayımsal bir temel parçacık olarak kalıyorlar.

Ayrıca, tek kutupları anımsatan tek taraflı bir manyetizma yaratan kuantum alanlarından türeyen topolojik tek kutuplar vardır. Möttönen, meslektaşı David Hall ile birlikte, 250.000 rubidyum atomunu bir vakum odasına yerleştirerek, hareketlerini yavaşlatmak için onları lazerlerle bombardıman ederek ve Bose-Einstein yoğunlaşması olarak bilinen şeyi oluşturmak için sıcaklıkları neredeyse mutlak sıfıra düşürerek topolojik monopoller yarattı. Bu aşırı soğuk duruma girdikten sonra atomlar tek bir kuantum nesnesi gibi hareket etti.

Spin (atom altı parçacıkların spininin manyetik alanlarla etkileştiği ve tork ürettiği) olarak bilinen bir kuantum özelliği nedeniyle Möttönen ve Hall, topolojik olarak da bilinen kusuru oluşturmak için doğru miktarda manyetik kuvvet uygulamak üzere bilgisayar simülasyonları ve matematiksel modeller kullandı. monopoller.

Alice'in Harikalar Diyarı'ndaki macerası iki romanın sayfalarını dolduracak kadar uzundur, ancak bu kuantum kusurları inanılmaz derecede kısa ömürlüdür ve yalnızca birkaç milisaniye sürer. Möttönen, topolojik monopolleri bir tepenin üzerinde sallanan bir yumurtaya benzetiyor; ses gibi herhangi bir hafif kesinti, monopolün Alice halkasına dönüşmesini tetikleyebilir. Ancak tek kutuplulardan farklı olarak Alice halkaları 80 milisaniyelik bir süreye sahiptir; bu da tek kutuplunun kendisinden yaklaşık 20 kat daha uzundur.

Hall bir basın açıklamasında, "Uzaktan bakıldığında Alice halkası sadece bir tek kutup gibi görünüyor, ancak halkanın merkezinden bakıldığında dünya farklı bir şekil alıyor" dedi.

Möttönen, "Bu perspektiften bakıldığında her şey aynalanmış gibi görünüyor, sanki yüzük madde yerine antimadde dünyasına açılan bir kapıymış gibi" diye ekledi. "Bu, işbirliğimizin doğada Alice halkaları yaratmayı başardığı ilk seferdi ve bu muazzam bir başarıydı."

Möttönen, Hall ve ekibin geri kalanı için bir sonraki adım, bu "ayna cam" inversiyonuna ilk elden tanık olmak için halkaya deneysel olarak monopoller göndermek ve aynı zamanda kozmoloji ve yüksek enerji fiziğindeki uygulamalarını da araştırmak.

Bu tavşan deliğinin ne kadar derine indiğini kim bilebilir?

Kaynak: Popular Mechanics