Columbia Üniversitesi’nden Sebastian Will ve çalışma arkadaşları, aşırı soğuk moleküler gazlar üzerinde yürüttükleri araştırmalarda önemli bir fiziksel evreye ulaştı. Yapılan son deneylerde, sodyum-sezyum (NaCs) moleküllerinden oluşan bir gaz kütlesinde “kuantum damlacıkları” (quantum droplets) gözlemlendi. Bu gelişme, özellikle süperkatı (supersolid) fazların ve diğer egzotik kuantum hallerinin incelenmesi için yeni bir kapı aralıyor.
Dipol-Dipol Etkileşimlerinin Kontrolü ve Stabilizasyon
Araştırma ekibi, yaklaşık iki yıl önce sodyum-sezyum moleküllerini nanokelvin sıcaklıklarına kadar soğutarak dipolar moleküllerden oluşan ilk Bose-Einstein yoğunlaşmasını (BEC) elde etmişti. Ancak o dönemdeki dipol-dipol etkileşimleri, süperkatı gibi karmaşık yapıların oluşması için yeterli güçte değildi.
Yeni çalışmada ise araştırmacılar, lineer ve eliptik polarize mikrodalga alanlarını bir arada kullanarak moleküller arası etkileşimlerin şiddetini hassas bir şekilde ayarlamayı başardılar. Bu yöntemle güçlendirilen itici van der Waals kuvvetleri, moleküllerin birbirine çok yaklaşarak çarpışmasını engelledi ve yoğunlaşmanın kararlı kalmasını sağladı.
Damlacık Fazına Geçiş ve Yapısal Kararlılık
Güçlendirilen dipolar etkileşimlerin bir sonucu olarak, NaCs yoğunlaşması damlacık fazına geçiş yaptı. Uygulanan mikrodalga alanlarının şiddetine ve yönelimine bağlı olarak, tekli yoğun damlacıkların yanı sıra düzenli damlacık dizilimleri (droplet arrays) elde edildi. Bu yüksek yoğunluklu ve güçlü etkileşimli moleküler bulutların yaklaşık 100 milisaniye boyunca gözlemlenebilmesi, moleküler etkileşimlerin sonuçlarını analiz etmek için yeterli bir süre tanıyor.
Süperakışkanlık ve Süperkatı Arayışı
Will ve ekibi, halihazırda bu damlacıkların kinetik enerji kaybı olmadan akan bir “süperakışkan” olup olmadığını araştırmaya devam ediyor. Eğer elde edilen damlacık dizilimleri kristal bir düzene sahipse, bu yapılar vizkozitesiz akış sergileyen süperkatı fazı olarak tanımlanabilecek.
Çoklu Cisim Sistemleri İçin Yeni Bir Test Platformu
Elde edilen bulgular, yalnızca temel fizik araştırmalarıyla sınırlı kalmayıp daha geniş uygulama alanlarına sahip olabilir. Aşırı soğuk dipolar moleküller; uzun menzilli etkileşimlere sahip çoklu cisim sistemlerinin (many-body systems), yeni öz-örgütlenme süreçlerinin ve yoğun madde fiziğindeki diğer fenomenlerin incelenmesi için ideal bir simülasyon platformu sunuyor.
Kaynakça: physicstoday.aip.org/news/quantum-drops-are-spotted-in-ultracold-gas-of-molecules
Haber Derleyen ve Sunan: Hasan Ongan
