Bu yıl fizikçiler, yalnızca iki boyutta ortaya çıkan kuasi parçacıkların* üçüncü alemi hakkında bir ön görüş sundular.
Doğanın en küçük alanlarında onlarca yıl süren araştırmalardan sonra, fizikçiler sonunda 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 belirli koşullar altında: örneğin mutlak sıfıra yakın sıcaklıklarda ve güçlü bir manyetik alanın varlığında ortaya çıktığı görüldü.
Anyonlar, Microsoft’un çalışan bir kuantum bilgisayar oluşturma çabasının merkezinde yer alır.
Fizikçiler, sadece keşifleri onlarca yıllık teorik çalışmayı doğruladığı için değil, aynı zamanda pratik çözümler ürettiğinden anyonlar hakkında heyecan duyuyor. Örneğin anyonlar, Microsoft’un çalışan bir kuantum bilgisayar oluşturma çabasının merkezinde yer alır.
Bu yıl kuasi parçacıklarının iki sağlam doğrulaması yapıldı. İlki, Paris’teki École Normale Supérieure’de bir grup araştırmacıdan Science dergisinin kapağında yer alan makalede nisan ayında geldi. Fizikçiler, dört yıl önce önerilen bir yaklaşımı kullanarak yalnızca etrafta anyonlar varsa ortaya çıkan garip davranışları -özellikle de kesirli elektrik yüklerini- ortaya çıkarmak için ufacık bir parçacık çarpıştırıcısından bir elektron gazı gönderdi. İkinci bir onay ise temmuz ayında Indiana’daki Purdue Üniversitesi’nde bir grup, anyon davranışını gizleyebilecek etkileşimleri tarayan kazınmış bir çip üzerinde deneysel bir kurulumu kullandığında geldi.
1980’lerin başında anyonları tahmin eden ve isimlendiren MIT fizikçisi Frank Wilczek
ilk makaleyi keşif olarak kabul ediyor ve ikinci makalenin kuasi parçacıklarının parlamasına yardım ettiğini, “tarlayı çiçeklendiren muhteşem bir iş” olduğunu söylüyor. Anyonlar sıradan temel parçacıklar gibi değildir; bilim adamları hiçbir zaman anyonları, oluşturduğu sistemden izole edemeyeceklerdir. Bu demek oluyor ki bir parçacık gibi ölçülebilir özelliklere sahipler, örneğin bir konum ve hatta bir kütle gibiler ancak bunlar yalnızca diğer geleneksel parçacıkların kolektif davranışlarının bir sonucu olarak gözlemlenebilirler. (Bir düzen içinde uçan kuş sürüleri veya yüzen balık sürüleri gibi doğada grup davranışıyla oluşturulan karmaşık geometrik şekilleri düşünün.)
Evrende sadece iki çeşit temel parçacık var olduğu bilinir.
Biri elektronların yanı sıra protonları, nötronları ve onları oluşturan kuarkları içeren fermiyon ailesidir. Fermiyonlar tek başlarına bulunurlar, aynı kuantum durumunda ve aynı anda iki tane birden var olamazlar. Bu parçacıklar eğer bu özelliğe sahip olmasalardı, tüm maddeler basitçe tek bir noktaya çökebilirdi. Katı maddenin var olmalarının nedeni fermiyonlardır.
Evrendeki parçacıkların geri kalanı ise 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 ve aynı durumda bulunabilir. Bir araya toplanma eğilimindedirler ve bu kümelenme nedeniyle hepsi aynı kuantum durumunda bulunan foton akışı lazerlerimiz var.
Anyonlar bu iki gruba da uymazlar. Anyonları fizikçiler için özellikle heyecan verici yapan şey, parçacık hafızasına benzer bir durum sergilemeleridir. Bir fermiyon başka bir fermiyonun yörüngesinde dönerse, kuantum durumu değişmeden kalır. Aynı şey bir bozon için de geçerlidir. Anyonlar ise daha farklıdır, biri diğerinin etrafında hareket ederse, kolektif kuantum durumları değişir.
Orijinal durumlarına geri dönebilmeleri için üç, hatta beş veya daha fazla devir gerekebilir. Dalgadaki bu hafif kayma, yolculuğun bir tür hafızası gibi davranır. Bu özellik onları herkesin bildiği gibi kırılgan, hatalara açık olan kuantum durumlarına bağlı ve kuantum bilgisayarlar için çekici nesneler haline getirir. Anyonlar, verileri depolamak için daha sağlam bir yol önerir.
Wilczek, anyonların gelecekte keşfedilebilecek ve yararlanılabilecek garip davranışlara sahip birçok çeşidi içeren bütün bir “krallığı” temsil ettiğine dikkat çekiyor. Onları ilk kez yaklaşık 40 yıl önce lisansüstü okulda, yalnızca iki tür parçacığın varlığını kanıtlayan kanıtlar onu hüsrana uğrattığında düşünmeye başlamıştı.
Şimdi ise yeni çalışmaların sadece bir başlangıç olduğunu söylüyor. İleriye dönük olarak anyonları maddenin başka garip hallerini bulmak için bir araç olarak görüyor, bu da şimdilik fizikçilerin teorilerinde çılgın fikirler olarak kalıyor.
Kuasi parçacık*: Sanki parçacık, sankiparçacık, kuasi parçacık ya da kuasiparçacık, vakumda farklı zayıf etkileşimdeki parçacıklar içeriyormuş gibi davranan bir katı gibi mikroskopik olarak karmaşık sistemlerde meydana gelen belirme olayıdır. (via Vikipedi)
