Bu yıl fizikçiler bize yalnızca iki boyutta ortaya çıkan kuasipartiküllerin üçüncü krallığı hakkında erken görüş sundular.
Doğanın en küçük alanlarında onlarca yıl süren araştırmalardan sonra fizikçiler anyonların var olduğuna dair kanıt buldular. İlk olarak 1980’lerin başında teorisyenler tarafından tahmin edilen bu parçacık benzeri nesneler, yalnızca iki boyutla sınırlı alemlerde ve daha sonra yalnızca mutlak sıfıra yakın sıcaklıklarda ve güçlü bir manyetik alanın varlığı gibi belirli koşullar altında ortaya çıkar.Fizikçiler, sadece keşifleri onlarca yıllık teorik çalışmayı doğruladığı için değil, aynı zamanda pratik nedenlerle de anyonlar hakkında heyecan duyuyor.Örneğin; anyonlar Microsoft’un çalışan bir kuantum bilgisayar oluşturma çalışmasının merkezinde yer alır.
Bir Yılda İki Büyük Doğrulama Elde Edildi
İlki Paris’teki Ècole Normale Supérieure’deki bir grup araştırmacıdan Science dergisinin kapağında yer alan bir makalede Nisan ayında geldi. Fizikçiler,dört yıl önce önerilen bir yaklaşımı kullanarak, yalnızca etrafta herhangi biri varsa ortaya çıkan tuhaf davranışları, özellikle de kesirli elektrik yüklerini ortaya çıkarmak için ufacık bir parçacık çarpıştırıcısından bir elektron gazı gönderdiler. İkinci onay, Temmuz ayında Indiana’daki Purdue Üniversitesi’ndeki bir grup, herhangi bir kişinin davranışını gizleyebilecek etkileşimleri tarayan, kazınmış bir çip üzerinde deneysel bir kurulum kullandığında geldi.
1980’lerin başında anyonları tahmin eden ve isimlendiren MIT fizikçisi Frank Wilczek, ilk makaleyi keşif olarak kabul ediyor, ancak ikincisinin kuasipartiküllerin parlamasına izin verdiğini söylüyor; ‘Tarlayı çiçeklendiren muhteşem bir iş’ diyor. Anyonlar sıradan temel parçacıklar gibi değildir; bilim adamları, hiçbir zaman formu oluşturduğu sistemden izole edemeyeceklerdir. Bunlar, bir parçacık gibi ölçülebilir özelliklere sahip oldukları anlamına gelir; örneğin bir konum, hatta bir kütle gibi. Ancak bunlar yalnızca diğer geleneksel parçacıkların kolektif davranışlarının bir sonucu olarak gözlemlenebilirler.
İşte Katı Maddelerin Var Olma Nedeni
Bilinen evren sadece iki çeşit temel parçacık içerir. Biri elektronların yanı sıra protonları, nötronları ve onları oluşturan kuarkları içeren fermiyon ailesidir. Fermiyonlar kendi kendilerine kalırlar: Aynı kuantum durumunda aynı anda iki tane var olamaz. Bu parçacıklar bu özelliğe sahip olmasaydı, tüm maddeler basitçe tek bir noktaya çökebilirdi. Katı maddenin var olmasının nedeni fermiyonlardır.
Evrendeki parçacıkların geri kalanı bozonlardır; fotonlar (ışık ve radyasyonun habercileri) ve gluonlar (kuarkları birbirine ‘yapıştıran’) gibi parçacıkları içeren bir gruptur. Fermiyonlardan farklı olarak, iki veya daha fazla bozon aynı anda aynı durumda bulunabilir.Bir araya toplanma eğilimindedirler. Bu kümelenme nedeniyle, hepsi aynı kuantum durumunu işgal eden foton akışları olan lazerlerimiz var.
Herhangi biri her iki gruba da uymuyor. Herhangi birini fizikçiler için özellikle heyecan verici yapan şey, parçacık hafızasına benzer bir şey sergilemeleridir. Bir fermiyon başka bir fermiyonun yörüngesinde dönerse, kuantum durumu değişmeden kalır. Aynı şey bir bozon için de geçerli.
Anyonlar Verileri Depolamak İçin Daha Sağlam Bir Yol Önerir
Anyon farklıdır. Biri diğerinin etrafında hareket ederse, kolektif kuantum durumları değişir. Herhangi birinin orijinal durumuna geri dönmesi için büyükolasılıkla üç,hatta beş veya daha fazla devir gerekir. Dalgadaki bu hafif kayma, yolculuğun bir tür anısı gibi davranır. Bu özellik onları, kötü şöhretli ve hatalara açık olan kuantum durumlarına bağlı olan kuantum bilgisayarlar için çekici nesneler haline getirir.
Wilczek, anyonların gelecekte keşfedilebilecek ve dizginlenebilecek egzotik davranışlara sahip birçok çeşidi içeren bütün bir ‘krallığı’ temsil ettiğine dikkat çekiyor. Yaklaşık 40 yıl önce lisansüstü eğitiminde, yalnızca iki tür parçacığın varlığını kanıtlayan kanıtlarla hüsrana uğradığında anyonlarla ilgilenmeye başladı. Başka bir şey tasavvur etti ve diğer özellikleri veya bu garip araları nerede bulabilecekleri sorulduğunda, yarı şakayla, ‘her şey olur (anything goes)’ dedi ve bu isme yol açtı.
Şimdi, yeni çalışmaların sadece başlangıç olduğunu belirtiyor. İleriye baktığında, herhangi birini maddenin egzotik hallerini bulmak için bir araç olarak görüyor, bu da şimdilik fizikçilerin teorilerinde çılgın fikirler olarak kalıyor.
Yazar: Büşra Betül Öztürk
