Kuantum Madde Derin Uzaydan 3 Milyar Kat Daha Soğuk Bir Sıcaklıkta İnceleniyor

Japon ve ABD'li fizikçilerden oluşan bir ekip, maddenin bu aşırı sıcaklıklarda nasıl davrandığını anlamak için binlerce İterbiyum atomunu mutlak sıfırın bir derecenin milyarda biri üzerine kadar itti. Yaklaşım, atomları, bu aşırı sıcaklıklarda maddenin sözde beşinci durumuna ulaşamayan, elektronlar ve protonlar gibi parçacık türü, fermiyonlar olarak ele alır: bir Bose-Einstein Yoğuşması.

Fermiyonlar gerçekten soğutulduğunda, en güçlü süper bilgisayarla bile simüle edemediğimiz bir şekilde kuantum özellikleri sergilerler. Bu aşırı soğuk atomlar bir kafes içine yerleştirilir ve maddelerin manyetik ve süper iletken davranışlarını, özellikle de elektronların içlerindeki toplu hareketini incelemek için kullanılan bir "Hubbard modelini" simüle ederler.

Bu modellerin simetrisi, özel birimsel grup veya SU olarak bilinir ve olası spin durumuna bağlıdır. İterbiyum söz konusu olduğunda bu sayı 6'dır. Bir SU(6) Hubbard modelinde sadece 12 parçacığın davranışını hesaplamak bilgisayarlarla yapılamaz. Ancak Nature Physics'te bildirildiği üzere, ekip 300.000 atomun sıcaklığını, uzayın sıcaklığından neredeyse üç milyar kat daha soğuk bir değere düşürmek için lazer soğutma kullandı.

Rice Üniversitesi'nden ortak yazar Kaden Hazzard bir açıklamada, "Yabancı bir uygarlık şu anda bu tür deneyler yapmıyorsa, bu deney Kyoto Üniversitesi'nde her yürütüldüğünde evrendeki en soğuk fermiyonları yapıyor." dedi. “Fermiyonlar nadir parçacıklar değildir. Elektronlar gibi şeyleri içerirler ve tüm maddelerin yapıldığı iki tür parçacıktan biridirler.”

Ekip, bir SU(6) Hubbard modelinde parçacık koordinasyonunun ilk gözlemlerini bildiriyor. Bu sistemlerin nasıl davrandığını ve geliştiğini anlamak için ileriye doğru atılmış önemli bir adım.

“Şu anda bu koordinasyon kısa vadeli, ancak parçacıklar daha da soğutuldukça, maddenin daha ince ve daha egzotik fazları ortaya çıkabilir.” dedi. "Bu egzotik evrelerin bazılarıyla ilgili ilginç şeylerden biri, belirgin bir düzen içinde sıralanmamaları ve ayrıca rastgele de olmamaları. Korelasyonlar var ama iki atoma bakıp 'İlişki var mı?' diye sorarsanız, görmezsiniz. Onlar çok daha inceliklidir. İki, üç, hatta 100 atoma bakamazsınız. Sistemin bütününe bakmak gerekir.”

Bu tür davranışları ölçecek araçlar hala mevcut değil, ancak ekip, bunları oluşturmaya yönelik çalışmaların yakında meyve vereceğini umuyor. Hubbard modelini anlayarak, katıların metal, yalıtkan, mıknatıs veya süper iletken olmasının nedenlerinin arkasındaki temel bileşenler elde edilebilir.

Ortak yazar Eduardo Ibarra-García-Padilla, “Deneylerin araştırabileceği büyüleyici sorulardan biri simetrinin rolüdür.” dedi. “Bunu bir laboratuvarda yapma yeteneğine sahip olmak olağanüstü. Bunu anlayabilirsek, yeni, istenen özelliklere sahip gerçek maddeler yapmamıza rehberlik edebilir.”

Bu içerik IFLSCIENCE’da yayınlanmıştır.