Bilim İnsanları 4 Boyutta Hareket Eden 'Kütlesiz' Elektronları Tespit Etti

[™ Admin]

Bilim İnsanları 4 Boyutta Hareket Eden 'Kütlesiz' Elektronları Tespit Etti

Japonya'daki bilim insanları daha ileri çalışmalar için önemli bir elektron türünü izole etti.

Dirac elektronları, katı maddede koni şeklindeki açıklıkların görüldüğü belirli koşullarda gelişir.

İzolasyonlarını detaylandıran yeni bir makale konuya daha fazla boyut katıyor.

Hakemli Materials Advances dergisinde yayınlanan yeni araştırmada fizikçiler, daha önce hiç izole edilmemiş bir elektron davranışını nasıl inceleyebildiklerini ayrıntılarıyla anlatıyor. Özel koşullarda bulunan Dirac elektronlarına bakıyorlardı.

Ancak geçmişte her zaman diğer elektron türleriyle karışım halindeydiler ve bu da onların incelenmesini zorlaştırıyordu. Nihayet onları izole etmek, fizikçilerin onların benzersiz özelliklerini incelemesine olanak tanıdı: etkili bir şekilde ağırlıksız hale gelmek ve foton benzeri hızlarda, hatta ışık hızına kadar seyahat edebilmek.
Tek gereken, Dünya'nın ortalama barometrik basıncının 12.000 katı ve özel bir tür dönüştü.

Burada tanımlanması gereken bazı büyük terimler var. Dirac elektronları, topolojik materyaller adı verilen nispeten yeni bir keşifte önemli bir role sahiptir. Bunlar elektriği yalnızca dış yüzeylerinde ileten bileşiklerdir; iç kısımları yalıtkan görevi görmeye devam eder. Etrafına elektrik telleri sarılmış lastik bir top gibi düşünün, tek fark her nasılsa her şey aynı malzemeden yapılmış. Elektrik ve Elektronik Mühendisleri Enstitüsü (IEEE) bu keşfin 2016 yılında Nobel Ödülü'nü kazandığını açıklıyor.

Katı madde fiziğinde (iletkenlerin ve kuantum davranışlarının incelenmesi dahil), bilim adamları olağandışı parçacıkların olağandışı koşullar altında farklı davranış biçimlerini birbirinden ayırıyor. Genel olarak Dünya, minerallerin ve maddelerin nasıl çalıştığı açısından oldukça tahmin edilebilir, ancak parametrelerle yeterince uğraşırsak bu öngörülebilir modeller çok daha ilginç hale gelebilir. Örneğin radyasyon doğal olarak meydana gelir ve nükleer enerji santralleri yapmak için laboratuvar ortamında büyük ölçüde hızlandırılmıştır. Parçacıkların mesafeler arasında neredeyse anında hareket edebilmesi gibi kuantum olgusu da laboratuvarda özel dikkat gerektirir.

Ancak davranışı kuantum ölçeğinde incelemek kolay değil. Bilim insanları bunu yapabilmek için aşırı soğuk ve basınç gibi koşullar yaratıyor. Bu, yakalanması en zor parçacıkları bile büyük ölçüde yavaşlatır ve katı malzemelerin davranışının doğasını değiştirir. Elektronların yolları büyür, daralır, çoğalır, kaybolur; malzemeye bağlı olarak her şey yolunda gider. Süperiletken malzemelerde elektronlar herhangi bir dirençle karşılaşmadan hareket ederler. Science Alert'e göre Dirac malzemelerinde "atomların örtüşmesi, elektronlarından bazılarını tuhaf bir boşluğa yerleştiriyor ve bu onların malzemelerin etrafında mükemmel enerji verimliliğiyle zıplamalarına olanak tanıyor."

Sorun şu ki, bilim insanları Diractivite'yi yıllardır arayıp tespit ederken (İngiliz fizikçi Paul Dirac bunu ilk kez 1928'de tanımladı) bu elektronları izole etmek ve gürültülü bir grup resmi yerine yakından gözlemlemek çok zor. Üstelik tek başına kuantumlukları nedeniyle gözlemlemenin zaten zor olması. Ancak mevcut çalışmaları inceledikten ve kendilerine ait bazı yeni araştırmalar yaptıktan sonra, Ehime Üniversitesi, Toho Üniversitesi ve Hokkaido Üniversitesi'nden (hepsi Japonya'da) bilim insanları, Dirac elektronlarının farklı spinlerini en iyi şekilde vurgulayan belirli bir materyali kullanabileceklerini fark ettiler. .

Bu, elektron spin rezonansı adı verilen bir süreç yoluyla daha ileri çalışmalar için bu elektronların seçilmesini kolaylaştırdı; eşleşmemiş elektronlar, plaj toplarını dalgalanan bir muşamba üzerinde havada tutmak gibi, meşhur bir şekilde malzemeden sallanır. Katı maddede bu, bilim adamlarının yıldızları ve kara delikleri tanımlamasına yardımcı olabilecek aynı alan olan spektroskopi kullanılarak yapılır. Yalnızca plaj topuna benzeyen serbest elektronlar spektroskopiye yanıt verir.

Ancak nihayet yanıltıcı Dirac elektronlarını izole etmenin bir yolunu bulmak, bilim adamının bu çalışmada keşfetmeyi başardığı tek şey değildi. Birincisi, bu deney için kritik olan kristalin polimerin, grafen gibi tek katmanlı bir nano tabaka yerine üç boyutlu olması beklenmedik bir durumdu. Beatles'ın meşhur yaptığı gibi, içinize bakmak, yalnızca bir parçacık kalınlığında olduğunuzda çok daha kolaydır. Ancak daha geniş boyutunda amacına oldukça iyi hizmet etti.

İkincisi, Dirac elektronlarını bu şekilde haritalandırmak ve onları gözlemlenen dönüş açısından daha tek biçimli hale getirmek, araştırmacıların elektronların nasıl davrandıkları hakkında daha fazla gözlem yapmalarına olanak tanıyacak. Malzemenin sıcaklığı 100 Kelvin'in veya soğuk -280 Fahrenheit'in üzerine çıktığında, konik Dirac şekil yolları gerçekten açılıyor. Polimer o kadar ince olmadığından koniler daha belirgindir ve bilim adamlarının bu malzemeleri gerçek hayattaki uygulamalarda kullanmak için umdukları üç boyuta daha yakındır.

Bu uygulamaların ne olacağını zaman gösterecek.

Kaynak: Popular Mechanics