Fizikte devrim! Bilim adamları ışıktan üretti…

Foton gibi parçacıklar bir yere kapatılıp soğutulduğunda Bose-Einstein yoğunlaşması (BEY) denen maddenin farklı bir haline geçiyor. Sıcak gaz bulutundaki parçacıklar önceden titreşip hareket ederken, BEY’de kuantum mekaniği açısından özdeş hale geliyor. 

FOTONLAR ÜST ÜSTE BİNEREK TEK BİR PARÇACIKMIŞ GİBİ DAVRANIYOR

Yoğuşma halinde parçacıkların gaz içindeki konumları epey belirsiz hale geliyor. Her bir parçacığın işgal edebileceği alanlar, parçacıkların kendi aralarındaki boşluklardan daha geniş bir alana yayılıyor. 

Bu nedenle maddenin bu halinde gaz kümesini oluşturan fotonlar üst üste binerek tek bir parçacıkmış gibi davranıyor. 

Bilim insanları daha önceden iki boyutlu foton gazları üretmişti fakat maddeyi BEY haline sokmak biraz daha zorlu bir iş.

Bonn Üniversitesi’nden fizikçi Frank Vewinger “İki boyutlu yerine tek boyutlu gaz oluşturduğumuzda işler biraz farklı oluyor” diyerek ekliyor:

Foton gazlarında termal dalgalanmalar denen olaylar meydana geliyor ama bunlar iki boyutta o kadar küçük ki gerçek bir etki yaratmıyor. Ancak tek boyutta bu dalgalanmalar (mecazi anlamda) büyük dalgalar oluşturabilir.

DENEYİN KİLİT TAŞI POLİMER OOLDU

Vewinger ve ekip arkadaşları tek boyutlu gaz üretmek için çok küçük ve reflektif bir kabı boya çözeltisiyle doldurdu. Ardından lazer ışınıyla kaba fotonları saldılar.

Lazer ışığının fotonları, ilk başta kabın içinde ileri geri sıçradıktan sonra nihayetinde boya molekülleriyle çarpıştı. Çözeltiyle temas sonucunda soğuyan fotonlar bir araya toplanmaya başladı. 

Deneyin en kritik bileşeniyse polimerdi. Araştırmacılar, kabın reflektif duvarlarına şeffaf bir polimer ekleyerek, ışığı yansıma biçimini değiştirdi ve fotonların hareketini sınırladı. Bu sayede fotonlar tek bir boyutta veya doğrultuda yoğunlaştı.

Nature Physics adlı hakemli dergide yayımlanan makalenin yazarlarından Kirankumar Karkihalli Umesh, “Bu polimerler ışık için bir tür oluk işlevi görüyor” diyerek ekliyor:

Oluk ne kadar dar olursa, gaz o kadar tek boyutlu bir davranışa geçiyor.

Araştırmacılar tek boyutlu foton gazını inceleyerek beklendiği gibi iki boyutlu versiyonundan epey farklı davrandığını gözlemledi. Tek boyutta fotonların hareketleri kısıtlandığı için gazların kesin bir yoğunlaşma noktası yoktu.

Ekip, bu durumun tıpkı tamamen donmamış buz gibi, lazer ışığıyla fotonların gaz geneline “saçılan” yoğunlaşmış formu arasında kısmi bir faz geçişi yarattığını söylüyor. 

Vewinger, “İki boyuttan tek boyutlu foton gazına geçişteki bu davranışı ilk kez inceledik” diyor.

Daha sonraki çalışmalarda maddenin geçişlerine dair gözlemler parçacıkların BEY halindeki davranış biçimlerine ışık tutabilir.