Bilim İnsanları Oda Sıcaklığında Sıvı-Işıktan oluşan bir Süperakışkan Elde Etmeyi Başardı

Bilim insanları ışık ve maddeden oluşan polariton isimli bir akışkanı kullanarak, oda sıcaklığında süperakışkan elde etmeyi başardılar.

Işığın dalgalardan meydana geldiği yüzyıllardır biliniyor. Ancak aynı zamanda bir sıvı şeklinde davrandığı ve engellerin etrafından, akarsu akıntılarında olduğu gibi küçük dalgalar ve girdaplar oluşturarak geçebileceği çok daha yeni bir keşif ve halen bir araştırma konusu. Işığın sıvı özellikleri bazı özel koşullar altında ortaya çıkıyor.

Yeni çalışma ile araştırmacılar ilk kez oda sıcaklığında “sıvı ışık” elde etmeyi başardılar ve maddenin halini daha ulaşılabilir bir hale getirmiş oldular.

Bu madde hem sürtünmesi ve viskozitesi olmayan bir süperakışkan hem de kimi zaman maddenin beşinci hali olarak isimlendirilen bir Bose-Einstein yoğuşması. Madde, aynı zamanda ışığın nesnelerin çevresinden ve köşeleri boyunca akmasını sağlıyor.

Sıradan ışık, bazen dalga, bazen de parçacık şeklide davranır ve her zaman bir doğru boyunca hareket eder. Ancak ışık, bazı ekstrem durumlar altında sıvı şeklinde de davranabilir ve nesnelerin etrafından akabilir.

Bose-Einstein yoğuşmaları fizikçiler tarafından ilginç bulunur, çünkü maddenin bu halinde fizik kuralları klasik fizik kurallarından, kuantum fiziğine geçer ve madde daha çok dalga-benzeri özellikler sergilemeye başlar.

Bose-Einstein yoğuşmaları, normalde mutlak sıfıra (-273 Celsius) çok yakın sıcaklıklarda ortaya çıkıyor ve yalnızca saniyenin küçük bir bölümü boyunca elde edilebiliyor.
Ancak yeni çalışmada araştırmacılar, ışık ve maddenin bir birleşimini kullanarak oda sıcaklığında bir Boe-Einstein yoğuşması elde edebildiklerini belirtiyorlar.

Araştırma ekibinin lideri, İtalya CNR NANOTEC Nano-teknoloji Enstitüsünde görev yapmakta olan Daniele Sanvitto, “Çalışmamızın önemli olan tarafı, polariton olarak isimlendirilen ışık-madde parçacıklarını kullanarak, süperakışkanlığın oda sıcaklığı ve normal çevre koşulları altında gerçekleşebileceğini göstermiş olmamız,” diyor.

Araştırmacılar, iki ultra-yansıtıcı ayna arasına 130 nanometre kalınlığında bir organik molekül tabakası yerleştirdi ve bunu 35 femto saniyelik (1 femto saniye, bir saniyenin katrilyonda biri) lazer darbelerine maruz bıraktılar. Araştırmacılardan Kanada École Polytechnique de Montreal’da görev yapmaktan olan Stéphane Kéna-Cohen, “Bu şekilde fotonların düşük etkin kütle ve yüksek hız gibi özelliklerini, moleküllerin içerisinde bulunan elektronlar aracılığıyla, güçlü etkileşim ile birleştirmeyi başardık,” diyor.

Süperakışkanların bazı ilginç özellikleri mevcut. Normal bir sıvı akış halindeyken küçük dalgalar ve girdaplar oluşuyor, ancak bu durum süperakışkanlar için geçerli değil. Aşağıda görüldüğü gibi, polaritonların akışı normal durumda sıradan akışkanlarda olduğu gibi bozulmalara uğruyor, ancak bu durum süperakışkan durumu için geçerli değil.

Polariton akışının bir cisim ile karşılaşması, üstte-normal durumda, altta-süperakışkan durumunda (görsel: Polytechnique Montreal)

Kéna-Cohen, “Bir süperakışkanda engeller etrafındaki bu türbülans ortadan kalkıyor ve bu nedenle akış yoluna değişmeden devam ediyor,” diyor.

Araştırmacılar sonuçların hem kuantum hidrodinamiği konusunda yeni çalışmaların hem de oda sıcaklığında çalışacak, LEDler, güneş panelleri ve lazerler gibi cihazlarda kullanılacak süperiletken malzemelerin anlamında, polariton cihaz teknolojilerinin önünü açtığını belirtiyorlar.

Araştırmacılar, yayımladıkları basın açıklamasında “Bu etkinin normal çevre koşulları altında gözlemlenmiş olması, gelecekte konuyla ilgili “Yalnızca Bose-Einstein yoğuşmasına ait temel görüngülerin incelenmesi için değil, aynı zamanda gelecekte tasarlanacak, kayıpların tamamen ortadan kaldırıldığı ve bu beklenmedik yeni görüngüden faydalanılabilecek fotonlu superakışkan temelli cihazların tasarımı konusunda büyük miktarda çalışmanın gerçekleştirilmesine önayak olabilir,” diyorlar.

Nature Physics’de yayımlanan makaleye buradan ulaşabilirsiniz.

 

Kaynaklar:

http://www.sciencealert.com/fifth-state-of-matter-liquid-light

https://phys.org/news/2017-06-stream-superfluid.html

 

Yorumlar