- Atomlar neredeyse mutlak sıfıra soğutulduğunda bir Bose-Einstein yoğuşması elde edilir.
- Eksitonlar gibi yarı parçacıkların da maddenin bu egzotik halini üstlenip üstlenemeyeceği, 1962’den beri fizikte bir tartışma konusu olmuştur.
- Şimdi, ilk kez, bir seyreltme kriyostat kullanılarak 100 millikelvinin altına soğutulmuş bir bakır oksit yarı iletken içindeki eksitonlardan bir Bose-Einstein yoğuşması üretildi.
Fizikçiler ilk kez yarı parçacıklardan oluşan bir Bose-Einstein kondensatı yarattılar. Maddenin bu egzotik durumunda, tüm atomlar tek bir süper atom gibi davranır.
Tokyo, Japonya). Bose-Einstein kondensatları, gazlar, sıvılar, katılar ve plazmalarla birlikte maddenin beşinci halidir. Bunları oluşturmak için parçacıklar neredeyse mutlak sıfıra kadar soğutulur. Sonuç olarak, tüm atomlar özdeş bir kuantum durumuna geçer ve “süper atom” olarak da bilinen tek bir malzeme dalgası gibi davranır.
Bir Bose-Einstein yoğunlaşmasının yarı parçacık olarak oluşup oluşmadığı daha önce fizikte bir tartışma konusuydu. Şimdi Makoto Kuwata-Gonokami liderliğindeki Tokyo Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, ilk kez eksitonları maddenin egzotik haline getirdiler.
“Bir yarı iletkende bir eksiton kondensatın doğrudan gözlemlenmesi, 1962’de teorik olarak tahmin edildiğinden beri uzun süredir deneniyor. Quasipartiküllerin aynı zamanda bir Bose-Einstein yoğuşması oluşturup oluşturamayacağını kimse bilmiyordu. Bir nevi kriyojenik fiziğin kutsal kâsesiydi.”
Yarı İletken Olarak Bakır Oksit
Nature Communications dergisindeki yayınlarına göre fizikçiler, lazer ışıması ve mekanik stresle paraeksitonların üretildiği deneylerinde yarı iletken olarak bakır oksit (Cu2O) kullandılar. Daha sonra paraeksitonları 100 millikelvinin altına, yani mutlak sıfıra yakın bir sıcaklığa soğutmak için bir seyreltme kriyostatı kullandılar.
1962 teorisine göre, bu koşullar altında bir Bose-Einstein yoğuşması oluşmalıdır. Fizikçiler bunu, karanlık eksitonları gözlemlemek için de çok uygun olan bir kızılötesi absorpsiyon ölçümü ile kontrol ettiler.
Eksitonlardan Bose-Einstein yoğuşması
Aslında, Kuwata-Gonokami’nin ekibi, numunenin merkezinde göze çarpan absorpsiyon sinyallerini tespit edebildi. Bulutun enerjisi ve yoğunluğu, yarı parçacıkların egzotik bir kuantum durumu üstlenmiş olması gerektiğini açıkça gösteriyor.
“Ölçülen bu değerlerin karakterizasyonu, burada bir Bose-Einstein eksiton kondensatının oluştuğunu güçlü bir şekilde gösteriyor.”
Böylece eksitonların Bose-Einstein kondensatlarını da oluşturabileceği 60 yılı aşkın bir süre sonra kanıtlanmıştır. Ancak deneyin analizine göre, eksitonların sadece küçük bir kısmı madde haline geçmiştir.
“Madde benzeri bir eksiton sisteminde bu yeni Bose-Einstein yoğuşma formunu keşfetmemiz, bu tür açık denge dışı sistemlerde kuantum istatistiksel mekaniğinin temel bir anlayışının yolunu açabilir.”