Süperkatı maddenin paradoksal bir halidir; kristal gibi katıdır ancak süperakışkan gibi sürtünmeden akar. Kuantum maddesinin bu egzotik biçimi, yakın zamanda çift kutuplu kuantum gazlarında fark edildi.
Francesca Ferlaino liderliğindeki araştırmacılar, bir süperkatı maddenin katı ve süperakışkan özelliklerinin, özellikle rotasyon altında nasıl etkileşime girdiğini keşfetmeye koyuldu. Çalışma şurada yayınlandı: Doğa Fiziği.
Deneylerinde, dikkatle kontrol edilen bir manyetik alan kullanarak süper katı bir kuantum gazını döndürdüler ve çarpıcı bir olguyu gözlemlediler.
Francesca Ferlaino, “Süper katının kuantum damlacıkları kristal benzeri periyodik bir düzendedir ve hepsi aralarında bir süper akışkan tarafından kaplanmıştır” diye açıklıyor.
“Her damlacık, dış manyetik alanın dönüşünü takiben hareket eder; hepsi toplu olarak döner. Sisteme bir girdap girdiğinde, devinim ve devrim eşzamanlı olarak dönmeye başlar.”
Teorik modellemeye liderlik eden Elena Poli, “Bizi şaşırtan şey, süper katı kristalin düzensiz bir şekilde dönmemesiydi” diyor. “Kuantum girdapları oluştuğunda, tüm yapı dış manyetik alanla ritme girdi; doğanın kendi ritmini bulması gibi.”
Deneyleri yürüten Andrea Litvinov şunu ekliyor: “Verilerin aniden teoriyle uyumlu hale geldiğini görmek heyecan vericiydi. Bir an sistem ‘ritmine kavuştu’.”
Kuantum maddesi için yeni bir araştırma
Senkronizasyon, iki veya daha fazla sistemin birbiriyle ritim tutmasıdır. Doğada yaygındır; sarkaçlı saatlerin uyum içinde tik takları, ateşböceklerinin birlikte yanıp sönmesi veya kalp hücrelerinin senkronize bir şekilde atması gibi. Innsbruck ekibi egzotik kuantum maddenin bile senkronize olabileceğini gösterdi.
Keşif, yalnızca maddenin bu alışılmadık durumuna ilişkin anlayışı derinleştirmekle kalmıyor, aynı zamanda kuantum sistemlerini araştırmak için yeni ve güçlü bir yol da sunuyor. Ekip, senkronizasyonu takip ederek girdapların ortaya çıktığı kritik frekansı belirlemeyi başardı; bu, dönen kuantum sıvılarının doğrudan ölçülmesi zor olan temel bir özelliğidir.
Ekip, gelişmiş simülasyonları, mutlak sıfırın yalnızca milyarda biri kadar üzerine soğutulmuş ultra soğuk disprosiyum atomları üzerinde yapılan hassas deneylerle birleştirdi. “Manyetokarıştırma” adı verilen bir teknik kullanarak süper katıyı döndürmeyi ve evrimini yüksek hassasiyetle yakalamayı başardılar.
Laboratuvardan kozmosa
Bulguların laboratuvarın ötesinde etkileri olabilir. Benzer girdap dinamiklerinin, evrendeki en yoğun nesnelerden bazıları olan nötron yıldızlarında gözlemlenen ani “aksaklıklarda” da rol oynadığı düşünülüyor.
Poli, “Süper katılar, başka türlü erişilemeyecek soruları keşfetmek için mükemmel bir oyun alanıdır” diyor. “Bu sistemler mikrometre boyutunda laboratuvar tuzaklarında yaratılmış olsa da, davranışları kozmik ölçeklerdeki fenomenleri yansıtıyor olabilir.”
Innsbruck Üniversitesi Deneysel Fizik Bölümü ve Avusturya Bilimler Akademisi’nin (ÖAW) Kuantum Optiği ve Kuantum Bilgisi Enstitüsü’nden (IQOQI) grup lideri Francesca Ferlaino, “Bu çalışma, teori ile deney arasındaki yakın işbirliği ve ekibimizdeki genç araştırmacıların yaratıcılığı sayesinde mümkün oldu” diyor.
Araştırma, Trento Üniversitesi’nin Pitaevskii BEC Merkezi ile ortaklaşa yürütüldü.
