Bose-Einstein Yoğunlaşması: Fotonların Yeni Bir Haline Geçişi
Fotonlar, kapatıldıkları bir alanda soğutulduklarında, Bose-Einstein yoğunlaşması (BEY) adı verilen maddenin farklı bir formuna geçiş yapmaktadır. Normalde sıcak gaz bulutları içindeki parçacıklar hareket ve titreşim gösterirken, BEY durumunda bu parçacıklar kuantum mekaniği açısından özdeş hale gelirler. Bu durum, maddenin davranışını köklü bir şekilde değiştirir.
Fotonlar Üst Üste Binerek Tek Bir Parçacık Gibi Davranıyor
Yoğunlaşma sürecinde, parçacıkların gaz içindeki konumları belirgin bir belirsizlik kazanır. Her bir parçacığın işgal edebileceği alanlar, aralarındaki boşluklardan daha geniş bir alana yayılır. Bu yüzden, maddelerin bu hali, gaz kümelerini oluşturan fotonların üst üste binerek tek bir parçacık gibi hareket etmesine olanak tanır.
Bilim insanları daha önce iki boyutlu foton gazları üretmeyi başarmışlardı; ancak maddenin BEY haline dönüştürülmesi, daha karmaşık bir süreçtir. Bonn Üniversitesi’nden fizikçi Frank Vewinger, “İki boyutlu yerine tek boyutlu gaz oluşturduğumuzda işler biraz farklı oluyor” diyerek, foton gazlarında termal dalgalanmaların meydana geldiğini, ancak bunların iki boyutta o kadar küçük olduğunu belirtmektedir ki, gerçek bir etki yaratmamaktadır. Fakat tek boyutta bu dalgalanmalar (mecazi anlamda) büyük dalgalar oluşturabilir.”
Denenin Kilit Taşı: Polimer
Vewinger ve ekibi, tek boyutlu gaz üretmek amacıyla çok küçük ve reflektif bir kabı boya çözeltisiyle doldurdular. Ardından, bu kaba lazer ışınıyla fotonlar saldılar. İlk aşamada, lazer ışığı fotonları kabın içinde ileri geri hareket ettikten sonra boya molekülleriyle çarpıştılar. Çözeltiyle temas eden fotonlar soğuyarak bir araya toplanmaya başladı.
Denenin en kritik bileşeni ise bir polimerdi. Araştırmacılar, kabın reflektif duvarlarına şeffaf bir polimer ekleyerek ışığın yansıma biçimini değiştirdiler ve böylece fotonların hareketini sınırladılar. Bu işlem, fotonların tek bir boyutta veya doğrultuda yoğunlaşmasına olanak sağladı. Nature Physics adlı hakemli dergide yayımlanan makalenin yazarlarından Kirankumar Karkihalli Umesh, “Bu polimerler ışık için bir tür oluk işlevi görüyor” diyerek, oluk ne kadar dar olursa, gazın o kadar tek boyutlu bir davranış sergilediğini ekliyor.
Tek boyutlu foton gazını inceleyen araştırmacılar, beklendiği gibi bu gazın iki boyutlu versiyonundan oldukça farklı davrandığını gözlemlediler. Tek boyutta fotonların hareketi kısıtlandığı için gazların kesin bir yoğunlaşma noktası yoktu. Ekip, bu durumu, tıpkı tamamen donmamış buz gibi, lazer ışığıyla fotonların gaz geneline “saçılan” yoğunlaşmış formu arasında kısmi bir faz geçişi yarattığını belirtiyor. Vewinger, “İki boyuttan tek boyutlu foton gazına geçişteki bu davranışı ilk kez inceledik” demektedir. Gelecek çalışmalarda, maddenin geçişlerine dair gözlemler, parçacıkların BEY halindeki davranış biçimlerini aydınlatabilir.
KAYNAK: INDEPENDENT | HABER7
