Katı,sıvı ve gazı maddenin üç hali olarak bilsek de maddenin gerçekte 500’ den fazla hali var. Önde gelen bilimsel dergilerden biri olan Science’ da geçenlerde Perimeter Fakültesi üyesi Xiao-Gang Wen’ in yayınladığı araştırmada maddenin yeni bir sınıflandırmasını açığa çıkardı.
Yoğun madde fiziği , maddenin fazlarını keşfeden bir branş. Fazları ise sınıflandırırken ise maddenin temel yapı taşları olan atomların dizilimini baz alıyor. Simetri ise işin asıl anahtarını oluşturuyor.
Simetriyi anlamak için şunu düşünmek lazım, suyun üzerinde çok ufak bir uzay gemisinde uçarsanız, atomların her yönde eşit konumlanmaları, her yer de aynı uzaklıklarda durması gerekir. Teknik terim olarak bu olayı isimlendirecek olursak, sıvıların yüksek derecede simetrik olduğunu söyleyebiliriz. Kristal yapıdaki buz, suyun bir diğer fazı olarak daha az simetriktir. Eğer yine aynı uzay gemisiyle bu kristal yapılara yukardan bakarsanız bunların bitirilmemiş gökdelenler gibi olduğunu görürsünüz. Farklı açılardan bakıldığında ise farklı görünümler alınabilir. Bazı yolların kapandığını bazıların ise açık olduğunu görürsünüz. Bu nedenle buzda pek çok simetri vardır ve her yönden aynı görünse de fizikçiler suyun sıvı halindeki simetrisinin de bozulabileceğini gösteriyor.
Maddenin fazları sınıflandırılırken, bu simetrilerin nerede ve nasıl bozulduğuna Landau paradigması deniyor. Böylece fazlar bir tabloda kolayca planlanabiliyor. Landau’ nun teoris, bilim adamlarının yeni fazları keşfederek bilinen fazlarla ilişkilendirmesine yarayan mükemmel bir alet aslında.
Topolojik sıralamayla kuantum fazlarını ve birbirleriyle bağlantıların anlamak mümkün. Yeni çalışma çerçevesinde, sadece maddelerin temel hallerindeki simetrik şablonlar değil aynı zamanda kararlı kuantum özellikleri de (dolaşıklılık) tanımlanıyor. İki madde birbirine karıştığında bir kimyasalın diğerinin nasıl etkilediği o an ölçülerek, aynı bir telefon sisteminin akışı görünmeyen yollar bile görülebiliyor.
Wen ve meslektaşlarının yarattığı tanım ne kadar gelişmiş olsa da halen birkaç faz bu sisteme uymuyor. Genelde kısa menzilli fazlar simetriyi bozmuyor ve bu fazlara simetri korumalı topolojik fazlar deniyor. Bazı topolojik süper iletkenlerin ve topolojik yalıtkanlar simetri korumalı fazlar içeriyor. Aslında bu birinci nesil kuantum elektronikler için gelecek vaad ediyor.
Modern matematikte kohomoloji ve süper kohomoloji kullanılarak, pek çok boyutta ve sayıda simetri korumalı fazlar inşaa edildi. Bu tasarımlar sayesinde maddenin yeni fazları inşaa edilerek, süper iletkenler ve kuantum bilgisayarlardaki kullanım kabiliyeti arttırılacak.
Kaynak : http://www.sciencedaily.com/releases/2012/12/121221233120.htm
Araştırma Referansı:
X. Chen, Z.-C. Gu, Z.-X. Liu, X.-G. Wen. Symmetry-Protected Topological Orders in Interacting Bosonic Systems. Science, 2012; 338 (6114): 1604 DOI:10.1126/science.1227224
