Fizikte çığır açıcı adım: Süper katı madde ilk kez karıştırıldı

Bilim insanları hem katı hem de akışkan özellikler taşıyan süper katı bir maddeyi ilk kez karıştırmayı başardı. 

Normalde maddenin katı, sıvı, gaz ve plazma olmak üzere 4 hali var. Ancak çok daha uç koşullar farklı madde formları oluşabiliyor.

Örneğin mutlak sıfır (-273,15 derece) gibi ekstrem koşullarda sıvı ve gaz halindeki maddelerin viskozitesi, yani akmaya karşı gösterdiği direnç düşüyor. Örneğin pekmezin viskozitesi sudan daha fazla.

Süperakışkan maddelerse sıfır viskoziteye sahip olduğu için hiçbir engel olmadan akmaya devam edebiliyor.

Fizikçiler en az 50 yıldır kuantum mekaniği sayesinde hem katı hem de süperakışkan özellikler gösteren bir madde formu olabileceğini düşünüyordu. 

Avusturya'daki Innsbruck Üniversitesi'nden bilim insanları 2021'de, uzun süre varlığını sürdüren iki boyutlu ilk süper katı maddeyi üretmeyi başarmıştı. 

Süper katılara "katı" özelliğini veren kristal yapı daha önceden gözlemlense de süperakışkanlığın işaretleri arasında yer alan kuantize girdapların doğrudan kanıtı bulunamıyordu.

Innsbruck Üniversitesi ekibi, önde gelen hakemli dergi Nature'da dün (6 Kasım) yayımlanan çalışmada bunu başardı. Bulgular, süper katı halin ikili doğasına dair güçlü bir kanıt sunuyor.

Araştırmacıların manyetik alan yaratarak iki boyutlu süper katıyı karıştırması sonucu aranan girdaplar ortaya çıktı. 

Çalışmaya liderlik eden fizikçi Francesca Ferlaino, bu girdapları anlamak için bir fincan kahveyi kaşıkla karıştırınca ortada oluşan girdabı düşünmeyi öneriyor. Normal sıvı halindeki kahvede, girdabın hızı orta kısımda daha yüksek olur. 

Ancak Ferlaino süperakışkan bir maddenin yavaşça karıştırılınca hareket etmeyeceğini söyleyerek ekliyor:

Ancak kaşığı daha hızlı döndürürseniz, merkezde büyük bir girdap oluşturmak yerine çarpıcı bir şey yaşanır: Bir dizi küçük girdap yani kuantize girdaplar ortaya çıkmaya başlar.

Fizikçi bunların her birinin belirli bir hızda dönen küçük delikler gibi olduğu ifade ediyor:

Süperakışkanın yüzeyi boyunca güzel, düzenli desenler halini alıyorlar, adeta mükemmel bir şekilde organize olmuş Gravyer peynirindeki delikler gibi.

Araştırmacılar bu çığır açıcı adımın, ekstrem ortamlarda meydana gelen koşulların laboratuvarda yaratılmasına olanak sağlayacağını söylüyor.

Ferlaino "Bu çalışma, süperakışkanların benzersiz davranışlarını ve kuantum madde alanındaki potansiyel uygulamalarını anlama yolunda önemli bir adım" ifadelerini kullanıyor.

Bilim insanları bu sayede, yaşam döngüsünün sonuna gelen yıldızların geçirdiği süpernova patlamasının ardından ortaya çıkan nötron yıldızlarının da daha iyi anlaşılabileceğini düşünüyor. 

Makalenin yazarlarından Thomas Bland "Nötron yıldızlarının dönme hızındaki değişimin, yıldızların içinde hapsolmuş süperakışkan girdaplardan kaynaklandığı tahmin ediliyor" diyerek ekliyor:

Süperakışkan girdapların, elektriği kayba uğramadan iletebilen süperiletkenlerde de var olduğu düşünülüyor.