Şaşırtıcı Fizik Deneyi İlk Kez ‘Kuantum Yağmurunu’ Ortaya Çıkardı

İlk kez, potasyum ve rubidyum izotoplarından oluşan aşırı soğuk, dejenere bir sıvıda damlacıkların ‘kuantum yağmuru’ şeklinde parçalandığı ve akışkan dinamiğinin klasik dünyası ile atomik gazların ruhani manzarası arasında köprü kurduğu görüldü.

İspanya ve İtalya'dan araştırmacılardan oluşan bir ekip, parçalanan atomik gazın özelliklerini analiz ederek, kuantum sıvıların faaliyetlerini daha iyi manipüle etmemize yardımcı olabilecek şekilde nasıl davrandıklarına dair mevcut anlayışı genişletti.

Çalışmanın ilk yazarı ve İtalya Ulusal Optik Enstitüsü'nden yoğun madde fizikçisi Luca Cavicchioli, “Ölçümlerimiz sadece bu egzotik sıvı fazın anlaşılmasını ilerletmekle kalmıyor, aynı zamanda kuantum teknolojilerinde gelecekteki uygulamalar için kuantum damlacık dizileri oluşturma olasılığını da gösteriyor” diyor.

Bir fırtınanın pencere camına su damlacıkları göndermesini izlemek, fizik notalarıyla yazılmış bir şiirdir. Her bir sıvı küre, yüzey geriliminden oluşan bir kabukla bağlıdır; yerçekimi onları camdan aşağıya doğru zikzaklar çizerek sürüklerken birleşir, ayrılır ve tekrar birleşir.

Bu hareketler büyük ölçüde Plateau-Rayleigh kararsızlığı olarak bilinen moleküler kuvvetler arasındaki çekişmenin sonucudur.

Suyun hidrojen ve oksijen atomları arasında yayılan yüklerdeki ince bir dengesizlik bir dipol etkisi yaratarak su ve camdaki yükleri itip çekerek ya daha büyük damlacıkları daha küçük damlacıklara ayırır ya da daha küçük olanları yüzey alanını mutlak minimumda tutan yağlı, ıslak boncuklar halinde toplar.

Su moleküllerindeki oksijen ve hidrojen atomlarının elektronlar ve nükleer parçacıklardan oluşan farklı sistemler olduğu yerde, ultra soğuk bir gazdaki atomlar her türlü kimlik duygusunu kaybeder. Kuantum olasılıkları baskındır ve sürü halindeki bozonları, nokta benzeri parçacık kavramının artık bir anlam ifade etmediği tek bir buluta yayar.

Yine de bu, atomik gaz içinde rekabet eden çıkarlar olmadığı anlamına gelmez. Bulut boyunca enerjinin ortalamasının alınmasının aksine, bulutun potansiyel düzenine yönelik çözümlerde dalgalanmalar vardır ve bu da Lee-Huang-Yang düzeltmesi olarak bilinen itici bir dürtme yaratır.

Bu gerilim aynı zamanda atomik gazların, gazı oluşturan bozonlara ve parçacık durumlarına bağlı olarak boyut ve şekil bakımından değişen daha küçük damlacıklar halinde kısa süreliğine titremesine neden olabilir.

Kuantum damlacıkları daha önce de görülmüş ve incelenmiştir, ancak kısa süreli varlıkları onları incelemeyi zorlaştırmıştır.

Bu yeni deneyin arkasındaki araştırmacılar, potasyum-41 ve rubidyum-87'nin ultra soğuk bulutlarında onlarca milisaniye boyunca devam eden kuantum damlacıklarının gözlemleriyle başladılar ve onlara tamir için potansiyel bir başlangıç noktası verdiler.

Kuantum sıvısını, karışımın dalga benzeri doğasını daraltan dalga kılavuzu adı verilen bir kanala bıraktıklarında, birden fazla damlacığın oluşacağını gördüler - gerçek bir faaliyet ‘yağmuru’.

Parçaların aldığı biçimler, enerjinin temel durumuna hapsedilmelerine bağlıydı ve uzunlukları atom sayılarındaki değişimlerle belirleniyordu.

Deney sonuçlarının dinamikleri teori tarafından tahmin edildi ve araştırmacılara kuantum etkilerinin günlük hayatımızdaki fenomenleri nasıl yansıttığını daha iyi anlamalarına yardımcı olabilecek yeni araçlar için ampirik bir temel sağladı.

Floransa Üniversitesi'nden fizikçi Chiara Fort, “Deneyleri sayısal simülasyonlarla birleştirerek, bir kuantum damlacığının parçalanma dinamiklerini kılcal kararsızlık açısından tanımlayabildik” diyor.

"Plateau-Rayleigh kararsızlığı klasik sıvılarda yaygın bir olgudur, süper akışkan helyumda da gözlemlenmiştir, ancak henüz atomik gazlarda görülmemiştir."

Bu yazı SCIENCEALERT’ de yayınlanmıştır.