İstanbul 19.7°C
Ankara 15.1°C
Berlin 29°C
Işık hem katı hem sıvı gibi davrandı: Oda sıcaklığında “süperkatı” gözlendi
Bilim
Yeni haberler yayınlandığında ilk siz haberdar olun.
İlgili metinler: Abonelik Sözleşmesi · KVKK Aydınlatma Metni · Çerez Politikası. Bültenlerin altındaki bağlantıyla abonelikten dilediğiniz zaman çıkabilirsiniz.
Merak ettiğiniz konuyu yazın, hemen sonuçlara ulaşın.
İsteğe bağlı. Hava durumu seçtiğiniz şehre göre gösterilir.
İsterseniz bültene de abone olun.
İstanbul20°
Varşova Üniversitesi Fizik Fakültesi öncülüğündeki uluslararası bir ekip, yarı ışık yarı madde parçacıklardan oluşan bir kuantum akışkanında “süperkatı” adı verilen sıra dışı madde halini oda sıcaklığında gözlemlediğini duyurdu. Süperkatı, bir yandan kristal gibi düzenli bir yapı kurarken öte yandan bir süperakışkan gibi sürtünmesiz akabilen bir madde hali. Science Advances dergisinde 16 Ekim'de yayımlanan çalışma, üniversitenin 3 Kasım'da yaptığı duyuruyla geniş kitlelere ulaştı. Çalışmaya Polonya Askerî Teknoloji Üniversitesi, IBM Research Zürih ve Fransa Ulusal Bilimsel Araştırma Merkezi (CNRS) bünyesindeki Institut Pascal'dan araştırmacılar da katkı verdi.
Gündelik hayatta katılar şeklini korur, sıvılar ise akar. Kuantum dünyasında ise bazı akışkanlar, “süperakışkan” denen bir halde hiç enerji kaybetmeden, sürtünmesiz akabilir. Süperkatı, bu iki özelliği bir arada taşır: Parçacıklar kendiliğinden kristali andıran, düzenli aralıklarla tekrarlanan bir yoğunluk deseni oluşturur, ama sistem bütün olarak yine bir süperakışkan gibi davranır.
Bu tuhaf hal 1960'larda kuramsal olarak öngörülmüş, ancak deneysel olarak ilk kez 2017'de, mutlak sıfıra çok yakın sıcaklıklara kadar soğutulmuş atom gazlarında gözlemlenebilmişti. O deneyler, karmaşık soğutma sistemleri gerektiren laboratuvar koşullarına bağlıydı.
Varşova ekibi atomlar yerine “eksiton polariton” adı verilen melez parçacıklarla çalıştı. Bu parçacıklar, ışık ile bir maddedeki elektron uyarımlarının birbirine güçlü biçimde bağlanmasıyla oluşur; yani yarı ışık, yarı madde gibi davranır. Ömürleri yalnızca birkaç pikosaniye, yani saniyenin trilyonda birkaçı kadar sürse de bu süre, çok sayıda polaritonun aynı kuantum durumunda toplanarak Bose-Einstein yoğuşması denen ortak bir hal oluşturmasına yetiyor.
Araştırmacılar bunun için iki ayna arasına sıkıştırılmış, içinde özel tasarlanmış bir sıvı kristal bulunan ve organik yarı iletken MeLPPP ile kaplanmış bir optik mikro boşluk kullandı. Sıvı kristal yapıları geliştiren Askerî Teknoloji Üniversitesi'nden Wiktor Piecek'e göre bu mikro boşluklar 60 dereceye yaklaşan sıcaklıklarda bile çalışabiliyor. Organik malzeme kullanımı sayesinde deney, atom gazı deneylerindeki aşırı soğutmaya ihtiyaç duymadan oda sıcaklığında yapılabildi.
Süperkatının izleri, yoğuşmanın yaydığı ışıkta görüldü. Işıkta düzenli aralıklarla dizilen parlak saçaklar, akışkanın kendiliğinden periyodik bir yoğunluk deseni, yani kristale benzer bir düzen kazandığını gösterdi. Aynı anda ışığın polarizasyonunda da düzenli tekrar eden bir değişim, araştırmacıların “kalıcı spin sarmalı” dediği ikinci bir düzen ortaya çıktı.
Bulgunun belki de en çarpıcı yanı, saçakların her lazer atımından sonra farklı bir konumda belirmesi. Bu, sistemin birbirine eşdeğer pek çok olası durumdan birini rastgele “seçtiği” anlamına geliyor. CNRS'ten Guillaume Malpuech bunu kendiliğinden simetri kırılmasının ders kitabı niteliğinde bir örneği olarak tanımladı. Fizikte bu davranış, gerçek bir faz geçişinin, yani dışarıdan dayatılmamış, sistemin kendi içinden doğan bir düzenin göstergesi kabul ediliyor.
Deneyin ciddi pratik zorlukları da vardı. Organik yarı iletken zamanla sıvı kristalle tepkimeye girdiği için her örnek yalnızca birkaç saat boyunca ölçüme uygun kaldı. Makalenin ilk yazarı, bugün New York Şehir Koleji'nde doktora sonrası araştırmacı olarak çalışan Marcin Muszyński, bir ölçümü tekrarlamanın tamamen yeni bir örnek üretmek anlamına geldiğini anlatıyor. IBM Research'ten Thilo Stöferle de bu organik malzemeyi ilk kez bir sıvı kristal mikro boşlukla birleştirdiklerini belirtiyor.
Polariton sistemleri son yıllarda süperkatı arayışının yeni sahnesi haline geldi. 2025'te İtalya'daki CNR Nanotec ekibi de yarı iletken bir fotonik kristal yapıda polaritonlarla süperkatı davranışı bildirmişti. Varşova ekibinin sonucu, bu tür kuantum hallerinin oda sıcaklığında, görece basit ve ayarlanabilir bir düzenekte de kurulabileceğini gösteriyor.
Araştırmacılar, ışıkla çalışan hesaplama sistemleri, beyin benzeri (nöromorfik) devreler ve ışığın polarizasyonuna duyarlı algılayıcılar gibi uygulamaları olası araştırma yönleri olarak sayıyor. Ancak bunlar henüz gösterilmiş kullanımlar değil; ekip öncelikle örneklerin ömrünü uzatmanın ve bu yeni kuantum halinin özelliklerini daha ayrıntılı incelemenin gerektiğini vurguluyor.