ABD Enerji Bakanlığı SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı’nda yapılan bir deneyde süper soğutulmuş sıvı helyum mikroskopik damlacıklarda iyi düzenlenmiş 3 D kafes kuantum tornadoları(girdap,vorteks) oluşturuldu. Bu kadar küçük boyutta ilk kez böyle bir oluşum gözlendi.
Uluslararası ekip tarafından elde edilen veriler sıvı helyuma nano ölçekte yeni bakış açıları getirdi. Ekstrem koşullarda soğutulan sıvı helyum kuantum mekaniği prensiplerine göre davranarak klasik fizik kanunlarına aykırı hareket ediyor. Normalde kuantum madde çok küçük birimlere ayrıldığında devreye giren gizemli fizik kanunları. Bu süper sıvı halinde gözlenen kuantum davranışına nadir örneklerden biri.
22 Ağustos’ta Science dergisinde yayınlanan araştırma, süper iletkenlerin elektriği %100 iletmesi gibi ya da Bose-Einstein kondensatları gibi tek bir birim gibi davranan kuantum durumlarını aydınlatabilir.
“Bu deneyde elde ettiğimiz bulgular gerçekten şaşırtıcı. Bu kadar net ve temiz sonuçlar beklemiyorduk, diyor SLAC Linac Koherent Işık Kaynağı (LCLS) baş bilim insanı ve deney lideri yardımcısı Christoph Bostedt.
“Normalde kuantum dünyasına ilişkin makroskopik boyutta belirtilere sahiptik. Daha önce elde edilen süper akışkanlardan(tam akışkan) 100000 kat daha yoğun elde edilen , bu ufak kuantum tornadolar(girdap) ve bunların bu kadar ufak damlacıklarda gözlenmesi gerçekten şaşırtıcı, diyor Stanford Üniversitesi’nden doktora öğrencisi Ken Ferguson.
Süper Akışkanların Kuantum İzlerini Çalışmak
Helyum belli bir noktaya kadar soğutulunca sürtünme sıfıra iniyor.Hatta donma noktasının altındayken helyum gibi halen sıvı halde kalabilen pek çok sıvı var. Bu sıcaklıkta ışık sonsuz titreşime giren atomlarla zayıf etkileşime girebilir. İşte kuantum salınım hali maddenin donmasını engelliyor. Süper akışkan helyumun bu özelliği pek çok Nobel Ödülüne konu oldu. Bu sayede kapların kenarları ve dışı kaplanarak sadece moleküllerin geçebileceği delikler yaratılarak aynı sıvı yüksek sıcaklıklarda saklanabiliyor.
LCLS deneyinde araştırmacılar helyum damlacıklarını ince bir sprey şeklinde sıkarak, vakumdaki nano ölçekte inci iplikçileri gibi sıkabiliyorlar. Her damlacık jetten gelirken, saniyede 2 milyon dönüş yaparak dışarısından daha soğuk hale geliyor. X ışın lazeri alınan görüntüler düzinelerce atom genişliğinde atom genişliğinde dönen çekirdekler halinde kuantum vorteksinin oluştuğunu gözlemledi.
Soğutulmuş helyum nano damlacıkların bu hızlı dönüşü düzgün aralıklarla oluşmuş 3 boyutlu vortekslerin oluşumuna imkan tanıyor. Bu egzotik oluşum katı kristal hal yapısıyla kuantum haldeki damlacıklara ilişkin kanıtlar sunarak normal bir sıvıda oluşan tek bir girdaptan ziyade, çabucak karıştırılmış bir kahvede oluşan girdapa benziyor.
Şaşırtıcı Sonuçlar
Araştırmacılar süper akışkan damlacıklarda şaşırtıcı şekillerde gözlemledi. Normal bir sıvıda bu vorteksler fıstık şekline benzer bir hal alır.%1 süper akışkanda beklenmeyen tekerlek benzeri şekiller gözlendi. Lawrence Berkeley Laboratuvarı’ndan şef bilim adamı Olive Gessner , “ Artık helyum nano damlacıkların kuantum dönüşünü karakterize ederek tespit edebiliyor. Burada damlacıkların kökenini tespit ederek kontrol etmeyi başarabiliriz,” diyor. Bilim insanları daha sıra dışı sonuçların da geleceğini belirtiyor.
