“ZAMAN KRİSTALLERİ” BİLİM ADAMLARI MADDENİN YENİ BİR HALİNİ NASIL YARATTILAR

    ZAMAN KRİSTALLERİ

    Kristaller düzenli fakat asimetrik atom düzenlemelerine sahiptir.

         Teorik fizikte Einstein'ın yerçekimi dalgaları ya da Higgs 'boson'u gibi en derin tahminlerin bazılarını, deneylerle kanıtlamak için on yıllar aldı. Ancak, şimdi ve sonra, bir tahmin şaşırtıcı bir şekilde kısa sürede kurulmuş olgu haline gelebilir. 2012'de ilk kez tahmin edildiğinden bu yana sadece beş yıl içinde kurgulanmış, onaylanmayan, yenilenen ve sonunda yaratılmış olan, yeni ve tuhaf bir madde hali olan 'zaman kristalleri' ile olup biten budur.

         Elmas ve kuvars gibi kristaller, uzaydaki yinelenen bir düzen içinde düzenlenmiş atomlardan yapılır. Bu yeni kristallerde atomlar da tekrar eden bir desen takip eder su sürede. Bu tuhaf özellik nedeniyle, zaman kristalleri bir gün kuantum hesaplama gibi devrimci teknolojilerde uygulamalar bulabilir.

         Zaman kristallerinin hikâyesi 2012'de MIT'den Nobel Ödülü sahibi Frank Wilczek ile başlar. Kuramsal bir fizikçi ve matematikçi olan Wilczek, zaman kristalleri fikrini yaratmak için düzenli kristallerin önemli bir özelliğini (simetri kırma) geçirmek için önemli bir adım attı.

         Simetri kırmanın ne olduğunu anlamak için suyu düşünün. Bir su damlacığında, moleküller serbest hareket ederler ve sıvı içindeki herhangi bir yerde bulunabilirler. Sıvı her yönden aynı görünüyor, yani simetri derecesi yüksektir. Su soğutularak dondurulursa, moleküller arasındaki çekme kuvvetleri su moleküllerini aralıklı olarak bir kristal halinde yeniden düzenlenmeye zorlar. Fakat bu düzenlilik, kristalin sıvı kadar simetrik olmadığı anlamına gelir; bu nedenle, su dondurulduğunda sıvının simetrisinin bozulduğunu söyler.

         Simetri kırma, fizikteki en derin kavramlardan biridir. Kristallerin oluşumunun arkasında olmakla birlikte, birçok temel süreçte de görülür. Örneğin, atom altı parçacıkların kütle edinme şeklini açıklayan ünlü Higgs mekanizması, bir simetri kırma işlemidir.

         Wilczek, 2012'de, titiz bir fikir ortaya attı. Bir kristalin mekânda simetriği bozduğu gibi, zamanla eşdeğer bir simetri kıran bir kristal yaratmak mümkün mü diye merak etti. Bu, bir zaman kristali fikri ilk kez teorileştirildi.

         Böyle bir kristalin mekândaki düzenli desenine denk gelen eşsiz bir zaman düzenliliğine sahip olurdu. Bir zaman kristali için desen, fiziksel özelliklerinden birinde ileri geri sürekli bir değişim olur; sürekli bir harekete benzeyen makine gibi, sonsuza kadar tekrar eden bir tür kalp atışı.

         Enerji kaynağı olmaksızın süresiz çalışabilen makineler olan sürekli hareketli makineler, fizik kanunları tarafından yasaklanmıştır. Wilczek, zaman kristal teorisinin bu tuhaflığını fark etti

    ZAMAN KRİSTALLERİ

         Ancak hikâyenin sonu bu değildi. 2016'da yeni araştırmalar, zaman kristallerinin teoride hâlâ var olabileceğini ancak bazı dış itici güçlerin var olduğunu gösterdi. Düşünceler, zaman düzenliliğinin bir şekilde sakinleşeceği ve küçük bir enerji katmanın, onu canlandıracağını ve ortaya çıkaracağını açıkladı. Bu, sürekli hareketin paradoksunu çözdü ve zaman kristalleri varlığına dair yeni umutlar getirdi.

         Araştırmacılar, kuantum dönüşü olarak bilinen parçacıkların özel bir özelliğinin düzenli aralıklarla harici bir kuvvetle tekrar tekrar tersine çevrilebileceğini inceledi. Bunu bir dizi parçacık için yaparlarsa, parçacıklar arasındaki etkileşimlerin spin sırasında kendi salınımlarını ürettiklerini ve bunun sonucunda bir "zaman" kristal oluşturacağını öngördüler.

         Birkaç ay içinde, iki farklı deney grubu, zaman kristallerini laboratuarda yaratmak için deneyler yaptılar. Ekiplerden bir tanesi atomların özelliklerinde titreşimlerden farklı aralıklarla titreşim üreten iterbiyum dizisi lazer darbeleri tetikledi. Bu, ititerbiyum atomlarının bir zaman kristali gibi davrandıkları anlamına geliyordu.

         Diğer ekip, bir elmas kristalindeki yabancı maddelerden oluşan tamamen farklı bir sistem üzerinde yoğunlaştı. Belirgin aralıklarla yabancı maddeleri rahatsız etmek için mikrodalgaları kullandılar ve ilk takımla aynı türde zaman kristal salınımları oluştuğunu gördü. Nihayet, Wilczek'in ana fikirleri kanıtlanmış oldu.

         KRİSTAL GELECEĞİ

         Zaman kristallerini öngörme, gerçekleştirme ve keşfetme, maddenin yeni bulunmuş halinin özellikleri ve zaman kristalleri doğada bulunup bulunmayacağı konusunda sorularla kuantum mekaniğinde yeni bir bölüm açar.

         Sıradan kristallerin simetri kıran özellikleri, fononik ve fotonik meta malzemelerin yaratılmasına, protezin performansını artırmak için kullanılabilecek akustik titreşimleri ve ışığı seçici olarak kontrol eden materyallerin yaratılmasına veya lazer verimliliğini artırmaya yol açmıştır. Böylece, zaman kristallerinin zaman simetrisine zarar veren özellikleri, verileri depolamak ve işlemek için atomların doğal özelliklerini kullanan, kuantum hesaplama için kronometrik malzemeler gibi eşit derecede yeni alanlara gideceklerdir.

         Zaman kristallerinin öyküsü teorik bir fizikçi tarafından güzel bir fikirle başladı ve şimdi ilk bölümünü yalnızca beş yıl sonra kesin deneysel kanıtlarla doruğa ulaştı.

    Çeviri: Celal DEMİRTAŞ

    Referens Dergi: The Conversation

    Yayınlama tarihi: 01.03.2017

.
.