Fizikçiler Ultra-Soğuk Atomlardan Oluşan 'Kuantum Tornadoları' Gözlemlediler

Bilim insanları, ultra soğuk sodyum atomlarından oluşan bir sıvıyı belirgin bir kasırga benzeri oluşuma yönlendirerek, kuantum davranışına yol açan klasik fiziğin çarpıcı bir gösterisini gözlemlediler.

Parçacıklar kuantum düzeyinde farklı davranırlar, çünkü kısmen bu noktada birbirleriyle etkileşimleri, hareketlerinden gelen enerjiden daha fazla güce sahiptir.

Dahası, kuantum parçacıkları gördüğümüz maddeler gibi belirli bir sabit konuma sahip değildir ve onların birbirleriyle nasıl etkileşime girdiklerini etkileyen şaşırtıcı gerçekler var.

Fizikçiler, parçacıkları mümkün olduğunca mutlak sıfıra kadar soğutarak ve diğer parazitleri ortadan kaldırarak, MIT'den bir ekibin bu araştırmada yaptığı gibi, bu garip etkileşimler gerçekleştiğinde ne olduğunu gözlemleyebilirler.

MIT fizikçisi Martin Zwierlein, "Bu kuantum etkilerini doğrudan görebilmek bir atılım" diyor.

Ekip, lazerler ve elektromıknatıslar kullanarak yaklaşık 1 milyon sodyum atomundan oluşan bir bulutu yakaladı ve döndürdü. Daha önceki araştırmalarda fizikçiler, bunun bulutu, gazın ortak özelliklere sahip tek bir varlık gibi davranmaya başladığı bir Bose-Einstein yoğuşması olan uzun iğne benzeri bir yapıya dönüştüreceğini göstermişti.

Zwierlein, "Kuantum dünyasında, bir sıvı ne kadar ince olabileceğinin bir sınırına ulaşır."

Yeni çalışmada, MIT fizikçisi Biswaroop Mukherjee ve meslektaşları, atomların ağırlıklı olarak klasik mekanik tarafından yönetilmekten kuantum fiziğine geçtikten sonra ne olduğunu ortaya çıkaran bir dizi absorpsiyon görüntüsü yakalayarak bu aşamanın ötesine geçtiler.

Aşağıdaki görüntü, mikro saniyeler boyunca ultra soğuk atomların yoğunluklarını vurgulamaktadır.

Atom bulutu iğne benzeri kondensattan (solda) evrildi, yılan şeklindeki kararsızlıktan geçti (ortada) ve minik hortumlar oluşturdu (sağda).

Komşu kristaller arasında (aşağıdaki 'x' işaretlerine bakın) karşı akış girdaplarının meydana geldiği küçük karanlık noktalar bile var, tıpkı karmaşık hava sistemlerinde gördüğümüz gibi.

Zwierlein, “Bu evrim, Çin'deki bir kelebeğin ABD'de nasıl fırtına yaratabileceği fikriyle bağlantılı. Klasik fizikte bile bu, Dünya'nın etrafını saran bulutlar gibi ilgi çekici desen oluşumuna yol açar. Ve şimdi bunu kuantum dünyasında inceleyebiliriz."

Ekip, sistemi kontrol ediyordu, böylece başka hiçbir şey atom deneklerine bir kuvvet uygulamıyordu. Bu, yalnızca parçacıkların kendi etkileşimleri ve rotasyonlarının olduğu anlamına geliyordu. Ortaya çıkan davranışları, elektronların Wigner kristalleri biçiminde ürettikleri gibi süper katı özellikler sergiledi.

Geleneksel kristal katılar genellikle sabit, tekrar eden bir ızgara yapısında düzenlenmiş atomlardan oluşurken, bu yapılar dalgalanmaya devam eder, ancak tanımlanabilir bir model içinde kalır.

Ekip, atomların bir manyetik alandaki elektronlar gibi davranmalarını sağladı. Atomları bu şekilde kullanmak, ortaya çıkan kuantum fenomenini hem manipüle etmeyi hem de gözlemlemeyi kolaylaştırdı ve bu akıl almaz dünya hakkında daha fazla keşfin yolunu açtı.

Zwierlein, "Tek tek atomların ne yaptığını görselleştirebilir ve aynı kuantum mekanik fiziğine uyup uymadıklarını görebiliriz" diyor.

Bu araştırma Nature'da yayınlandı.