Bilim adamları Yeni Bir Maddi Durumunu Keşfettiler: Kuantum Spin Sıvı

Tennessee'deki Oak Ridge Ulusal Laboratuarı'ndaki fizikçiler ve Cambridge Üniversitesi birlikte yeni bir madde durumu keşfettiler. Dergide bildirilen çığır açan bulgular Doğa elektronların görünüşte daha küçük parçalara bölündüğü “kuantum sıkma sıvısı” olarak bilinen uzun teorili fakat zor anlaşılan durumun gözlemlerini ayrıntılandırın.

Cambridge’in Cavendish Laboratuarı’ndan bir bilim adamı ve gazetenin yazarlarından biri olan Johannes Knolle “Bu yeni bir kuantum durumdur” dedi.

Temel fizik bilgisine sahip olan herkes, üç ana maddenin bulunduğunu bilir: katılar, sıvılar ve gazlar. Biraz daha fazla bilgiye sahip olan insanlar diğer iki klasik durumu biliyor olabilirler: plazmalar (yüksek enerji olaylarını oluşturan serbest yüklü parçacıklar) ve kolloidler (“küstahçalar”, tereyağı gibi iki seferde aynı anda oluşur).

Ancak var olan bir düzineden fazla devlet var, sadece çok küçük ölçeklerde veya çok olağanüstü olaylar altında gözlemlenebilir olanlar. Bunlardan biri kuantum spin sıvısıdır: Kafanın başına gelenleri gerçekten ele geçirmeden önce biraz daha açıklama gerektiren kaotik bir durum.

Kuantum mekaniğine göre, her parçacık iki tür açısal momentum gösterebilir. Birincisi yörüngesel açısal momentum ve ikincisi spindir. Bu iki eylemin ham analojisi, güneş etrafında dönen, hem bir yörüngeyi hem de eksenel bir dönüşü sergileyen bir gezegendir.

Bir sistem bir dizi etkileşimli kuantum dönüşü elde ettiğinde, düzensiz buza kıyasla sıvı suyun aynı şekilde düzensiz bir durumda olduğu düşünülmektedir. Kuantum sıkma sıvısı benzer davranış gösterir, fakat düşük sıcaklıklarda. Maddeleri katı halde bir araya getirmek gibi tek tip bir şekilde bir araya gelmek yerine, kuantum sıvı dönüşünde olan bir madde yığını, sıcak bir çorba karması gibi düzensiz davranmaya devam edecektir. Aslında, aktivite o kadar aşırıdır ki, parçacıklar gerçekte parçalanır. Soğuk ortamlarda tam olarak beklediğinizle çelişen bir sahne.

Bu durumda, araştırma ekibi iki boyutlu bir malzemede, grafene benzeyen Majorana fermiyonları olarak bilinen kesirli parçacıkları gözlemledi. Gördükleri, Kitaev modeli olarak bilinen varsayımsal bir kuantum spin sıvı modeline benziyordu. Sonuçlar nihayet bu konuyla ilgili 40 yıllık bir araştırmanın sonunu heceledi.

Daha spesifik olarak, yeni kuantum dönüşlü sıvı gözlemleri, bir gün geleneksel malzemelerin sınırlarını aşarak günümüz makinelerinden daha hızlı çalışan yeni kuantum bilgisayar türlerinin oluşturulmasına yardımcı olabilecek, elektron bölme olarak bilinen bir özelliğe ışık tutuyor.

Bu tür bir atılım, geleceğe onlarca yıldır. Yine de, ette yeni bir madde durumunu gözlemleyebildiğimiz gerçeği, insanların henüz doğal dünyanın nasıl çalıştığını anlamada yüzeyini çizemediğinin bir başka işaretidir.