Nature Physics’te yayınlanan yeni bir çalışmaya göre, sadece yedi kuantum parçacığı milyarlarca parçacıktan oluşan bir grubun parçasıymış gibi davranıyor.
Daha büyük ölçeklerde olduğunda, madde evre geçişleri adı verilen değişimlerden geçiyor. Örneğin su buza veya buhara dönüyor. Bilim insanları çok daha büyük kütlelerdeki moleküllerde bu davranışı görmeye alışkınlar; ama bu kadar küçük bir grubun bu şekilde davrandığını daha önce hiç görmemişlerdi.
Yapılan bu yeni çalışmada, araştırmacılar sadece yedi ışık parçacığı ya da fotondan oluşan sistemlerde bu evre geçişlerinin meydana geldiğine ve tuhaf bir fiziksel durum olan ve Bose-Einstein yoğunlaşması (BEC) olarak bilinen duruma geçtiklerine şahit oldular. BEC, maddenin son derece soğuduğu ve parçacıkların birbirlerine karışarak birlik içinde hareket ettiği fiziksel bir durum olarak biliniyor.
Fotonlar ışık paketleri olduğundan, maddeden değil enerjiden oluşuyorlar ve işte bu nedenle de onların evre geçişi yapmaları tuhaf bulunuyor. Ancak 2010 senesinde Alman araştırmacılardan oluşan bir ekip, ışık parçacıklarının BEC durumunda olduğu gibi hareket ettirilebildiğini ortaya koymuşlardı.
Bu araştırmacılar, küçük ve aynalı bir hazne yaptılar ve onu renkli boyayla doldurdular. Işık parçacıkları boya partiküllerine çarptığında, boya partikülleri onları emdi ve tekrar yaydı. Böylece fotonlar çok yavaşladı ve haznede ilerlemeleri daha uzun zaman aldı. Fotonlar haznenin aynalı duvarlarına çarptığında, emilmeden ya da kaçmadan sektiler. Yani bu hazne araştırmacıların fotonları etkin bir şekilde yavaşlatabildiği ve birbirlerine yakın tutabildikleri bir alan oldu. Ve bu durumdayken, fizikçiler fotonların birbirleriyle madde gibi etkileşim kurduklarını ve BEC durumunda olduğu gibi davrandıklarını gördüler.
Yeni Deney Nasıl Yapıldı
Yapılan yeni deneyde ise, araştırmacılar bu olayın gerçekleşmesi için gereken minimum foton sayısını bulmak istediler. İnce ayarlı bir lazer kullanarak, önceki araştırmadakine benzeyen boyayla dolu ve aynalı bir hazneye fotonları teker teker pompaladılar ve BEC durumunun ne zaman meydana geleceğini görmek için gözlem yaptılar. Sonuçta sadece ortalama yedi fotonun tek bir parçacık gibi davranmaya başladığını ve BEC durumunun meydana geldiğini buldular.
Araştırmacılara göre, elde edilen sonuç “evre geçişinin” bu tip küçük sistemlerde hala kullanışlı bir kavram olduğunun ispatı ve bu sayede özellikler daha büyük sistemlerde mümkün olmayan şekillerde incelenebilir.
Daha fazla parçacıktan oluşan gruplarla yedi parçacıklı BEC durumuna görülen evre geçişlerinde bazı farklılıklar bulunduğunun da altını çizen araştırmacılar, daha fazla parçacıklı gruplarda, buz erime noktasını geçip ısındığında, arada herhangi bir aşama geçirmeden aniden sıvı hale geldiğini söylüyor. Bu durum çoğu kimyasalın geçiş evreleri için de geçerli olsa da, araştırmacılar yedi fotonlu BEC durumunu bir anda oluşmak yerine aşama aşama meydana geldiğini belirtiyor.
Ancak yine de, araştırmacılar çok küçük ölçekli fotonların geçiş evrelerinin, büyük ölçekli gruplarda yaygın olarak görülen evre geçişleriyle önemli oranda benzerlik gösterdiğini de sözlerine ekliyorlar.
