Aylardır, bilim adamlarının zaman kristalleri üzerinde çalıştıkları konusu gündemdeydi. Bu tuhaf kristaller sadece mekanda değil, zamanda da kendini tekrar eden atomik bir yapıya sahipler; bu özellik onların enerji olmadan da devamlı titreşmelerini sağlıyor.
Şimdi ise bu bilgi resmiyet kazandı. Araştırmacılar, bu garip kristallerin nasıl oluştuğunu ve ölçüldüğünü detaylı şekilde raporladı. İki farklı bağımsız bilim ekibi, bu kristallerin laboratuvar ortamında prototipini geliştirdiklerini ve maddenin tam anlamıyla yeni bir fazının var olduğunu ispatladıklarını duyurdu.
Bu keşif kulağa oldukça soyut gelebilir ancak fizikte tamamen yeni bir çağın müjdesini veriyor. Yıllardır, maddeyi hep net bir denge içinde olduğu şekliyle tanımladık. Fakat evrende, zaman kristallerinin de dahil olduğu henüz hiç incelemediğimiz ve denge içinde olmayan daha fazla ilginç madde yapıları olduğu ön görülüyor.
Gerçek şu ki, kuantum programlama teknolojisiyle birlikte çevremizdeki dünyayı anlama konusunda çığır açabilecek dengesiz maddelerin ilk örneğiyle karşı karşıyayız.
Berkeley California Üniversitesi’nden araştırma sorumlusu Norman Yao “Bu maddenin yeni bir fazı, bu oldukça ilgi çekici çünkü dengesiz maddelerin varlığına dair elimizdeki ilk örnek. Son elli yıldır metaller ve yalıtkanlar gibi denge maddelerini keşfetmekteyiz. Şimdi ise dengesiz maddenin tamamen yeni bir alanını keşfetmeye başlıyoruz” açıklamasını yaptı.
Enerjisiz Daimi Hareket
Zaman kristalleri konusu birkaç yıldır etrafta konuşuluyor. İlk öngörü 2012 yılında Nobel ödüllü teorik fizikçi Frank Wilczek tarafından yapıldı. Wilczek, zaman kristallerinin temel durum ya da taban hali olarak tabir edilen, enerjinin en düşük seviyesinde hareket ediyor gibi görünen yapılar olduğunu ileri sürdü.
Genellikle bir maddenin, sıfır noktası erkesi olarak da bilinen taban halindeyse, teorik olarak hareketi imkansızdır çünkü enerji yayması için hareket etmesi gerekir. Fakat Wilczek bunun zaman kristalleri için geçerli bir durum olmadığını öngördü. Normal kristaller, tıpkı elmasın karbon örgüsü gibi kendini tekrarlayan atomik bir yapıya sahiptir. Fakat yakut ya da elmasta olduğu gibi, taban halinde olan kristaller de hareketsiz olurlar.
Fakar zaman kristalleri sadece mekan içinde değil, zaman içinde de kendini tekrar eden bir yapıya sahipler; ayrıca taban halindeyken de titreşimlerini sürdürmekteler.
Dokunduğunuzda devamlı titreşen bir jöle düşünün. Aynı şey zaman kristallerinde de oluyor fakat tek farkları, zaman kristallerinin bunu enerji olmadan da yapabilmeleri. Bir zaman kristali, doğal taban haldeyken dahi sürekli titreşebilen bir jöle gibidir. Bu özelliği onu maddenin yeni bir fazı yapıyor- dengesiz madde. Sabit duramıyor.
Yao ve ekibi, bir zaman kristalinin özelliklerini tam olarak nasıl ölçülebileceğini tanımlayan detaylı bir model geliştirdiler. Bu, katı, sıvı ve gaz fazlarına eşit olan, maddenin yeni fazını haritaladıkları anlamına geliyor.
Makalesi Physical Review Letters’ta yayınlanan Yao yaptıkları araştırmayı, “teorik fikir ve deneysel uygulama arasında bir köprü” olarak tanımlıyor. Bu artık bir spekülasyon olmaktan çıktı. Yao’nun prototipini temel alan Maryland Üniversitesi ve Harvard Üniversitesi’nden iki ayrı ekip de kendi zaman kristallerini üretmek için kolları sıvadı.
Her iki çalışma da arXiv.org’ da geçen senenin sonunda duyuruldu. Yao, her iki çalışmanın da ortak yazarı. Makalelerin yayınlanmasını beklerken, iki iddiaya da şüpheci yaklaşmamız gerekir. Fakat gerçek şu ki, iki takım da aynı prototipi kullansa da tamamen farklı sistemler kullanarak zaman kristalleri oluşturacaklarına dair söz verdiler.
Zaman kristali oluşturmanın kilit noktası, iyonları dengeden uzak tutmak; araştırmacıların bunu yapabilmeleri için, iki lazer yardımıyla dönüşümlü olarak iyonlara dokunmaları gerekiyor. Bir lazer manyetik alan oluştururken, diğeri ise atomun dönü yapısını kısmen tersine çeviriyor. Tüm atomların dönüleri dolanıktır; sabit duran atomların dönülerinin devamlı çevirilmesi, kristali tanımlar.
Zaman kristali oluşması için, sistemin zaman simetrisini kırması gerekir. Iterbiyum atomunu gözlemleyen araştırmacıların dikkatini tuhaf bir şey çekti. İki lazerin periyodik şekilde iterbiyum atomlarına dokunmaları, sistemde bir tekrar oluşturdu.
Jöleyi hafifçe sallasaydınız fakat size bir şekilde farklı bir sürede cevap verseydi tuhaf olmaz mıydı?
Fakat bu zaman kristalinin özelliği.
Farklı manyetik alanlarda ve lazer dokunuşuyla, zaman kristali tıpkı bir buz küpünün erimesi gibi faz değiştiriyor.
Makale yazarlarından biri olan Indiana Üniversitesi’nden Phil Richerme, “İki üniversitede de tamamen farklı metotlar kullanılarak yapılan iki çalışmada da benzer sonuçlar elde edildi. Bu durum da zaman kristallerinin tamamen yeni bir faz olduğunu gösteriyor” açıklamasını yaptı.
KAYNAK:Science Alert
