Brown Üniversitesi araştırmacıları, hem bozon hem de fermiyon özelliklerine sahip yeni bir kuantum parçacığı türü olan kesirli eksitonları keşfettiler. Kuantum durumlarını manipüle etme konusunda yenilikçi yaklaşımlar sunarak, bu çığır açan keşif kuantum bilgisayarlarını geliştirebilir ve yeni madde halleri için kapıyı aralayabilir.
Yeni Kuantum Parçacıklarının Keşfi
Kuantum dünyasında, fiziksel dünyanın iyi bilinen yasaları sıklıkla altatomik parçacıklar tarafından çiğnenir. Fiziksel engelleri aşabilirler, aynı anda iki yerde var olabilirler ve hatta büyük mesafeler boyunca anında iletişim kurabilirler. Görünüşte imkansız olmalarına rağmen, bu davranışlar kuantum fiziğinin sırlarını anlamak için gereklidir ve araştırmacıların şimdiye kadar düşünülemeyen fenomenleri incelemeye devam etmelerini sağlar.
Brown Üniversitesi fizikçileri, çığır açan bir çalışmada fraksiyonel eksitonlar olarak bilinen yeni bir kuantum parçacığı sınıfı buldular. Bu parçacıkların sergilediği beklenmedik davranışlar, kuantum dünyası hakkındaki bilgimizi önemli ölçüde ilerletebilir.
Brown Üniversitesi’nde fizik doçenti olan Jia Li’ye göre, “bulgularımız, genel bir yük taşımayan ancak benzersiz kuantum istatistiklerini izleyen tamamen yeni bir kuantum parçacıkları sınıfına işaret ediyor.” “Bu keşif, gelecekteki araştırmalar için yeni bir sınır açıyor, temel fiziği anlama derinliğimizi artırıyor ve hatta yeni kuantum madde fazlarının kilidini açarak kuantum hesaplamada yeni olasılıkların kapısını aralıyor.
Kesirli Kuantum Hall’un Etkilerini İncelemek
Klasik Hall etkisinden yola çıkarak, ekibin araştırması, bir manyetik alan içeren bir malzemeye elektrik akımı uygulandığında yan bir voltaj üreten kesirli kuantum Hall etkisi adı verilen bir olguya odaklanmaktadır. Bu yan voltaj, çok düşük sıcaklıklarda ve yüksek manyetik alanlarda meydana gelen kuantum Hall etkisi tarafından gösterildiği gibi, belirgin, belirgin sıçramalarla yükselir. Bu adımlar, yalnızca küçük miktarlarda artarak bir elektronun yükünün bir kesirini taşıdıkları kesirli kuantum Hall etkisinde çok daha garip hale gelir.
Araştırmacılar, deneylerinde bir yapı oluşturmak için iki ince grafen tabakası, iki boyutlu bir nanomalzeme ve yalıtkan altıgen bor nitrür kristali kullandılar. Bu yapı sayesinde elektrik yüklerinin akışını hassas bir şekilde düzenleyebildiler. Ayrıca, bir elektronu bir delikle elektron eksikliğiyle birleştirerek oluşan eksiton adı verilen parçacıkları üretmelerini sağladı. Bundan sonra, sistemi Dünya’da görülenlerden milyonlarca kat daha büyük manyetik alanlara maruz bıraktılar. Ekip, bunun sayesinde tuhaf bir davranış sergileyen yeni kesirli eksitonları gözlemleyebildi.
Belirgin Parçacık Davranışlarını Ortaya Çıkarmak
Genel olarak, temel parçacıklar iki gruba ayrılabilir. Bosonlar aynı kuantum durumuna sahip olabilen parçacıklar olduğundan, çok sayıda boson sorunsuz bir şekilde bir arada var olabilir. Ancak, Pauli dışlama ilkesi olarak bilinen bir ilke, iki fermiyonun aynı kuantum durumunu işgal edemeyeceğini belirtir.
Ancak, her iki grup da deneyde görülen kesirli eksitonları yeterince tanımlayamadı. Davranışları, deneyin öngördüğü kesirli yükleri taşısalar da, hem bozon hem de fermiyon eğilimlerini gösterdi ve neredeyse ikisinin bir kombinasyonu gibi çalıştı. Bu nedenle, fermiyonlar ve bozonlar arasında yer alan bir tür parçacık olan anyonlara daha çok benziyorlardı. Ancak, kesirli eksitonlar aynı zamanda onlardan farklı kılan özel özelliklere de sahipti.
Zhang, bu şaşırtıcı davranışın, kesirli eksitonların özel kuantum özelliklerine sahip tamamen yeni bir parçacık sınıfı olabileceği olasılığını artırdığını belirtti. Farklı kuantum Hall alanında eksitonların varlığını gösteriyoruz, bu eksitonların bazılarının kesirli yüklü parçacıkların bir araya gelmesiyle üretildiğini ve kesirli eksitonların bozonlardan farklı davrandığını gösteriyoruz.
Kuantum Bilgi Teknolojisi için Çıkarımlar
Bilim insanları, yeni bir parçacık sınıfının keşfinin nihayetinde daha iyi kuantum düzeyinde bilgi depolama ve manipülasyonuna katkıda bulunabileceğini, bunun da daha hızlı ve daha güvenilir kuantum bilgisayarlarıyla sonuçlanabileceğini belirttiler.
“Özünde, bu olguyu araştırmak ve etkilemek için yeni bir yol açtık ve daha yeni başlıyoruz,” dedi Li. “Şimdi, deneysel olarak ilk kez var olduklarını gösterdiğimiz bu parçacıklardan ne sonuçlar çıkabileceğini daha da araştırıyoruz.” Bu kesirli eksitonlar arasındaki etkileşimleri ve davranışlarının kontrol edilebilir olup olmadığını incelemek, ekibin bir sonraki eylem planı olacak.
Feldman, “Bu, sanki kuantum mekaniğinin düğmesine parmağımızı koymuşuz gibi hissettiriyor.” dedi. “Kuantum mekaniğinin bu yönünden haberdar değildik ya da en azından, yakın zamana kadar anlamıyorduk.”
Kaynak: scitechdaily.com/new-quantum-particle-discovery-set-to-revolutionize-physics/
Haberi Derleyen : Yusuf Havvat Çukurova Üniversitesi Fizik Bölümü