Maddenin Yeni Bir Formu Zaman Kristali Yaratıldı

Tuz, kar taneleri ve elmas hepsi kristal yapıdadır, yani atomları birbirini tekrar eden 3 boyutlu şablonlara sahiptir. Nature’da yayınlanan yeni bir makalede maddenin yeni bir fazı oluşturuldu; adı da zaman kristali. Bu yeni fazda atomlar uzaysal düzlem yerine, zaman içinde birbirini tekrar eden şablonlarda yer alıyorlar.
Zaman kristalindeki atomlar asla termal dengeye gelmediğinden dengelenmiyor. Termal denge olduğunda hepsi aynı miktarda ısıya sahip oluyor. Aslında bu madde türünün ilk örneklerinde biri ve dengeye gelmeyen (non-equilibrium) fazlar olarak adlandırılıyor.

İlk olarak 2012’de ortaya sunulduğunda termal denge yasalarına göre yasaklanmış olarak kabul ediliyordu.
MIT’den Frank Wilczek ilk olarak bu fikri sunduğunda , kristallerinde kendini tekrarlayan atom yapısından yola çıkmıştı. 2012’den sonra bunun hem imkansız olduğunu , hem de mümkün olabildiğini gösteren araştırmalar yayınlandı. 2016’ya gelindiğinde ise Kaliforniya Üniversitesi’nden bir ekip laboratuvar ortamında nasıl zaman kristallerinin oluşturulabileceğine ilişkin bir teknik oluşturdu. İşte bu teknik sonunda meyvesini verdi.

Kaliforniya Berkeley Üniversitesi’nden Norman Yao ve ekibi zaman kristallerinin tuhaflığını açıklamak için şöyle bir örnek veriyor. Jöle tatlısını bilirsiniz herhalde, ona dokunduğunuzda hemen durmasını beklersiniz ama yavaş yavaş eski haline döner. Ancak tekrar dürttüğünüzde titremeye başlar. İşte zaman kristallerinin rastgele gözlemciye göre reaksiyonu imkansız gözüküyor, atomlar belli bir gecikmeden sonra titreşebilir ve hareketi düzenli aralıklarla etki kuvvetinden bağımsız olarak tekrarlıyor.

Yani bu jele yaptığınız kuvvetin farklı bir periyotta yansımasına benziyor. İşte Yao bunu şöyle açıklıyor; “ Zaman kristallerinin özü budur. Periyodik sürücünüzün periyodu T olabilir ama sistem bu bir şekilde farklı senkronize ediyor ve siz sistemin periyodunu T’den büyük görüyorsunuz.

İterbiyum İyonları Kullanıldı

Maddelerin büyük kısmında, daha sıcak atomlar daha soğuk köşelere geçerler, ta ki hepsi aynı sıcaklığa ulaşıncaya kadar. Zaten termal dengede buna deniyor, fakat zaman kristallerinde bu denge noktası yok. Araştırmacılar bu sayede non-equilibrium maddelere yenilerinin eklenebileceğini düşünüyorlar.
Zaman kristali yaratmak için araştırmacılar iterbiyum iyonları kullandı.İlk olarak bu iyonları elektriksel olarak havaya kaldırdılar, sonra da lazerle vurarak onları ters çevirdiler. Onları lazerle düzenli olarak vurarak, iyonların dönüş şablonlarını tekrarlaması sağlandı.
Bu oldukça temel gelse de asıl püf noktası şu; her iki lazer atımında iyonlar sadece bir kez dönüyor. Yani bu şablon sürücü kuvvete oranla daha geniş bir zamanda çalışıyor. Her ne kadar garip gelse de, bu davranış ekibin zaman kristalini yarattığını onaylamasını sağladı.

Şimdilik bu keşfin ne gündelik hayatta ne işe yarayacağını düşünmek zor olsa da, belki kuantum bilgisayarlarda bilgi saklamak veya iletmek için kullanılabilir.
Araştırma Referansı:
1. J. Zhang, P. W. Hess, A. Kyprianidis, P. Becker, A. Lee, J. Smith, G. Pagano, I.-D. Potirniche, A. C. Potter, A. Vishwanath, N. Y. Yao, C. Monroe. Observation of a discrete time crystal. Nature, 2017; 543 (7644): 217 DOI: 10.1038/nature21413

Kaynaklar:

https://www.sciencedaily.com/releases/2017/03/170308131228.htm

http://newatlas.com/time-crystals-created-new-form-matter/48347/