Lancaster Üniversitesi’nden bilim insanlarının devam ettirdiği bir araştırmada, soğuk ve yoğun helyum-3 süper akışkan ortamında hızla ilerleyen yabancı bir nesnenin, oldukça kırılgan olan süper akışkanı bozmadan kritik hız sınırını aşabileceğini gösterildi.
Bu çalışma süper akışkanlara dair bilinenlerle çelişse de, fizikçiler bu fenomeni yeniden yaratarak ve üzerinde çalışarak, bu fenomenin nasıl olduğunu açıkladılar. Süper akışkan parçacıklar içinden geçen nesneye yapışarak, onu süper akışkanın tümüyle etkileşime girmesine karşı yalıtıyor ve böylece süper akışkanın bozulması engellenmiş oluyor.
“ Süper akışkan helyum-3 bağıl olarak yoğun bir sıvı olmasına rağmen; içine giren bir çubuğa aynı uzay boşluğu gibi davranıyor. Hiçbir direnç yok, hem de hiç. Bunu çok ilginç buluyorum,” diyor Lancaster Üniversitesi’nden fizikçi Samuli Autti.
Süper akışkanlar sıfır viskozite ve sıfır sürtünmeye sahip bir tür sıvı olduğundan, kinetik enerjilerini kaybetmeden akabiliyorlar. Kısmen Helyum-4 izotopunun bozonlarından kolayca yapılabiliyor. Mutlak sıfıra yakın derecelere kadar soğutulduğunda atomlardan oluşan yüksek yoğunluklu bir bulut oluşuyor ve yavaşlayarak tek bir süper atom gibi davranıyor.
Süper atom formları süper akışkan türlerinden sadece biri. Diğer bir formda bozonların kuzeni fermiyonlarla yapılabiliyor. Fermiyonlar elektronlar ve kuarklar gibi atom altı parçacıkları oluşturuyorlar.
İşte fermiyonlarda belli sıcaklıklara soğutulduğunda bir araya gelerek Cooper çiftlerini oluşturuyor. İki fermiyon birleşerek, kompozit bozon oluşturuyor. Cooper çiftleri gerçekten bozonlar gibi davrandığından, süper akışkan oluşturabiliyorlar.
Fermiyonik Süper Akışkan Oluşturuldu
Araştırma ekibi helyum-3’ten oluşan bu fermiyonik süper akışkanı yarattığında, bir nötronu kayıp nadir bir helyum izotopu oluşturmuş oldu. Mutlak sıfırın on binde bir kesrine kadar soğutulduğunda (0.0001 Kelvin veya -273.15 0C) helyum-3 Cooper çiftleri oluşturuyor.
Bu süper akışkanlar baya kırılgan olduğundan,nesneler belli bir hızın üstünde Cooper çiftlerine doğru giderse onları bozabiliyor. İşte buna kritik Landau hızı deniyor.
2016’da yayınlanan bir makalede Lancaster Üniversitesi’nden araştırmacılar helyum-3 süper akışkanına doğru hareket ettirilen bir telin, Cooper çiftini bozmadan bu hızı geçebileceğini bulmuştu.
Sonra yürütülen deneylerde bakır teli bu süper akışkanda hareket ettirmek için gereken kuvveti ölçtüler. Telin hareketini başlatmak için gereken kuvvetin çok küçük olmasının yanında, hareketi devam ettirmek için gereken kuvvetin sıfır olduğu gözlendi. Yani biraz ittirdikten sonra tel Cooper çiftlerinin kamuflajında serbestçe hareket edebiliyor.
“Çubuğun hareket yönünü değiştirerek,çubuğun hızı yüksek bile olsa etrafı süper akışkan parçacıklarla kaplanarak süper akışkandan gizlenebiliyor. Cismin etrafının parçacıklarla sarılması için başta bir hareket ettirilmesi gerekiyor ve bu çubuk üstünde küçük bir kuvvet harcıyor. Fakat bu bir kez yapıldı mı, tüm kuvvet tümüyle yokoluyor,” diyor Lancaster Üniversitesi’nde fizikçi Ash Jennings.
Bu yeni bulguların bazı enteresan getirileri olabilir
Fermiyonik süper akışkanlar ile süper iletkenler yaratılarak kuantum bilgisayarlar için kritik bir bileşen oluşturulabilir. Süper akışkanları nasıl ve neden davrandığı hakkında daha fazla bilgi edinmek bizi hedefimize bir adım daha yaklaştıracaktır.
Lancaster araştırmacıları arasında Samuli Autti, Sean Ahlstrom, Richard Haley, Ash Jennings, George Pickett, Malcolm Poole, Roch Schanen, Viktor Tsepelin, Jakub Vonka, Tom Wilcox, Andrew Woods ve Dmitry Zmeev vardı.
Araştırma Nature Communications dergisinde yayınlandı.
Araştırma Referansı :
- S. Autti, S. L. Ahlstrom, R. P. Haley, A. Jennings, G. R. Pickett, M. Poole, R. Schanen, A. A. Soldatov, V. Tsepelin, J. Vonka, T. Wilcox, A. J. Woods, D. E. Zmeev. Fundamental dissipation due to bound fermions in the zero-temperature limit. Nature Communications, 2020; 11 (1) DOI: 10.1038/s41467-020-18499-1
