X 20
Bugun...



Kuantum - Var Olmayan Parçacıklarla Gerçekliğin Çözümlenmesi

Einstein, gerçekliğin temel yapı taşları ile aklımızı ilk bulandıran kişiydi. 1905 yılında ışık, genel olarak oylum dolduran dalga olarak değerlendirilirken, Einstein aynı zamanda ışığın parçacık olarak da davranabildiğini öne sürdü ve ‘foton’ tanımı yapıldı

facebook-paylas
Güncelleme: 28-12-2018 10:02:21 Tarih: 28-12-2018 09:48

Kuantum - Var Olmayan Parçacıklarla Gerçekliğin Çözümlenmesi

Einstein, gerçekliğin temel yapı taşları ile aklımızı ilk bulandıran kişiydi. 1905 yılında ışık, genel olarak oylum dolduran dalga olarak değerlendirilirken, Einstein aynı zamanda ışığın parçacık olarak da davranabildiğini öne sürdü ve ‘foton’ tanımı yapıldı

 Parçacık’ sözcüğünü duyduğunuzda, zihninizde neler canlanıyor? Belki, küçük bilardo toplarına benzeyen bir şeyler aklınıza gelmiş olabilir. Bu hayal dünyasında, bölünemez parçacıklar birbirleriyle çarpışıp dururlar ya da sıkışık bir düzende yer kapmaya çalışırlar.

Fakat kuantum teorisi hakkında bilginiz varsa, parçacıkların işleyişini belki de zihninizde en iyi şekilde canlandırabilirsiniz. Kuantum teorisine göre, her ne kadar maddeyi oluşturan bileşenlerin bir ağırlığı varsa da, parçacıklar uzayda tam olarak sıfır metre boyunda bir noktayı işgal ederler.

Bu durum üzerinde kafa yorarken, kuantum teorisinin sıfır beden parçacıklarının tek seferdebirden fazla alanı işgal etmesi durumunu ya da dolaşıklık durumunu göz önünde bulundurabilirsiniz. Fakat bunları bilmek bile bazı durumları daha net anlaşılır kılmak için yetmeyebiliyor.

Şimdi aklınızdaki bilardo toplarını silin. Şekil değiştiren parçacıkların alternatif türübölünebilir, ağırlığını değiştirebilir ve diğer öğelerle birleşerek parçacıklar toplamından çok daha fazlasını yapabilir. Bu parçacıkların durumu her ne kadar size mantıklı gelmese de, bilim insanları bu parçacıkları istekleri doğrultusunda düzenlemeye başladılar bile. Bu çalışmaların sonuçlar ile de, teknoloji yeniden şekilleniyor. Süper-iletkenlerden kuantum bilgisayarlara kadar birçok yenilik hayatımıza girmeye başlıyor. Ayrıca bu parçacıklar ile gerçekliğin dokusunun daha önce olduğundan çok daha derinlemesine incelenmesi mümkün hale geliyor.

Einstein, gerçekliğin temel yapı taşları ile aklımızı ilk bulandıran kişiydi. 1905 yılında ışık, genel olarak oylum dolduran dalga olarak değerlendirilirken, Einstein aynı zamanda ışığınparçacık olarak da davranabildiğini öne sürdü ve ‘foton’ tanımı yapıldı.

Kuantum teorisinin ‘merkezi gizemi’ olarak bilinegelen dalga-parçacık ikiliği de başlamış oldu. Bu prensibe göre, dalga ya da parçacık tanımları kendi başlarına ışığın fotonunu, bir atomun etrafında dolaşan elektronu ya da atomik çekirdeğin kalbindeki herhangi bir parçacığı tanımlamak için yeterli değildi. Tanımlama yaparken bazen fotonun parçacık özelliğine ve bazen de dalga özelliğine başvurmak gerekliydi.

Bu ikilik sayesinde meselelerin özünü kavrayacak içgörüyü kazandığımız aşikar. Fakat daha da fazlasını anlayabilmemiz için, bu ikiliği yalnızca serbest uzayda dolaşan parçacıklara değil aynı zamanda katı malzemeleri oluşturan parçacıklara da uygulamak gerekiyor.

Sofra tuzunun ısıtılması durumunu ele alalım. Sofra tuzu ısıtılmaya başlandığı zaman, tekil her bir atom daha da fazla hareketlenmeye başlar ve titreşim salınımları oluştururlar. Sovyetler Birliği’nden fizikçi Igor Tamm, 1932 yılında, bu dalgalara en azından matematiksel olarak parçacıklar gibi davranabileceğini keşfetti. Bunları da ‘fonon’ olarak tanımladı.

Fononlar, elektronların malzeme içerisinde neredeyse sıfır dirençle akmasını sağlayan süper-iletkenliğin ve ısıyı elektriğe çevirebilen cihazların önünü açıyor. Daha geleneksel parçacıkların hareketlerinden ortaya çıktıkları için de fononlar, kuazi parçacıklar ya da yalancı parçacıklar olarak adlandırılıyorlar.

University of London’dan fizikçi Jon Goff’un belirttiğine göre: ‘’Fononlar tam olarak gerçek değiller. Fononlar aslında çok karmaşık bir problemin basitleştirilme yöntemi.‘’

Bu durumun daha iyi anlaşılması için bir benzeşim kurabiliriz. Spor müsabakalarında yapılan Meksika dalgası hareketini düşünün. Meksika dalgası sırasında insanlar ellerini havaya kaldırıp ayağa kalkarak geri yerlerine otururlar ve fiziksel bir hareket gerçekleştirirler. Fakat bu hareket belirli bir düzende yapıldığı için, kalabalık içerisinde bir şey hareket ediyormuş gibi görürüz. İşte buradaki enerjinin hareketi de kuazi parçacıklara işaret ediyor.

Tamm’in çalışmasından bu güne bilim insanları, katı malzemelerin içerisindeki bu çeşit parçacıkların büyük bir ailesini keşfetti. Diğer türler, manyetizmanın temelindeki kuantum özelliği olan dönü (spin) esaslı. Dönü, bir atom üzerinde kuzeyi ya da güneyi gösteren bir ok gibi çalışıyor. Eğer bütün bu okları hizalayabilirseniz, mıknatıs meydana getirmiş oluyorsunuz. Fakat dönüler hem bir düzen içerisine girebilir hem de bu düzenden çıkabilirler, bu durum Meksika dalgası etkisi yaratıp magnon olarak bilinen parçacığı oluşturur. Fononlar gibi magnonlar da oldukça kullanışlılar. Magnonlar sayesinde düşük güçle çalışan ve elektron akımlarından değil de atomik dönülerden faydalanan spintronik bilgisayarların geliştirilmesi mümkün.

Fononlar ve magnonlar, anlaşılması güç olayların nasıl işlediğinin çözümlenmesinde oldukça kullanışlı olmalarına rağmen, kendi özlerinde var olup olmadıkları yine de şüpheli. Fakat bu yarı mevcut parçacıklar aslında bir parçacığın yarısı bile değil. Kuazi parçacıklar, ortada bir şey olmasa bile var olabilirler.

Bu keşif, programlama tarihi için oldukça önemli bir yıl olan 1947 yılına dayanıyor. Katı faz fizikçisi William Shockley ve araştırma takımı, elektronları eksik olan yarı iletkenleri kullanarak transistor geliştirmeye çalıştılar. Bu durum, tıpkı bir yapbozun içerisindeki boş bir kutucuk gibi boşluklara sebep olabilir. Fakat bu boşlukların, yalnızca bir elektron yokluğundan fazlası olduğunu kimse düşünmemişti. Shockley, bu boşluğun pozitif yük taşıyan bir elektron gibi kendi kendine bir parçacık olduğunu öne sürdü.

Shockley’in önermesi, oldukça önemli bir adım olarak tarihe geçti. Bu önerme sonrasında geliştirilen sistemler, günümüz bilgisayar çiplerinin de temelini oluşturdu.

O günden sonra, bir elektron ve bir boşluğun kombinasyon kurabileceğini öğrendik. Fakat burada +1 ile -1’in toplamından ‘0’ sonucu çıkmıyor, tamamen yeni bir tip parçacık meydana geliyor. Bu parçacığın adı da ekskiton ya da diğer adıyla ‘uyarılmış nükleon’. Bitkiler bu parçacıktan, biz bilmeden çok daha önce de faydalanıyorlardı. Artık biliyoruz ki, ekskiton fotosentez sürecinde de var.

Yani hiçlikten oluştuğu düşünülen parçacıkla, halihazırda var olan parçacığın kombinasyonu ile daha fazlasını elde edebiliyoruz. Peki parçacıklar ile ilgili hayal dünyamızda ne kadar esnek olabiliriz?

Kırmızı çizgilerimizden bir tanesi, parçacıkların kütlesi olabilir. Fakat bu bile grafen gibi malzemelerin varlığı ile yaralanmış durumda. Grafen genellikle elektrik iletkenliği ile bilinir. Grafenin tek bir atom kalınlığındaki karbon kağıt benzeri yapısından dolayı, elektronlar birbirleri ile daha kolay etkileşim haline girerler. Buradaki kolektif hareket sayesinde de, oldukça yüksek hızda elektron iletimi gerçekleştirilir.

Grafenin bir özelliğini açıklarken, elektron popülasyonundan söz ettik. Fakat buradaki elektronların da neredeyse ağırlıksız olduklarını düşünmek gerekiyor. Bu durumun, tıpkı Tamm’ın fononlarında olduğu gibi, matematiksel hile olduğunu söylemek mümkün. Grafenin elektronlarının ağırlığının daha düşük olduğunu kabul etmeden de, bu malzemenin şaşılacak düzeydeki elektrik iletkenliğini açıklamak bir hayli zorlaşacaktır.

Grafen yalnızca bir başlangıçtı. Bilim insanları, doğada görülmeyen parçacık-benzeri etkileri yaratacak şekilde katıların mühendisliğinin yapılabileceğini farkettiler. Majorana fermionlarını ya da diğer adıyla Majorana parçacıklarını ele alalım. Bu parçacıkların herhangi bir yükü ya da enerjisi bulunmayan kendi antiparçacıkları var. 1930’lu yıllarda İtalyan fizikçi Ettore Majorana tarafından ilk olarak ortaya atılan bu parçacıklar, nötrinoların kendi antiparçacıkları olabileceğinin doğrulanmamış önermesinin dışında, vahşi doğada bulunmuyorlar.

Fakat bu parçacıklar artık laboratuvarlarda yapılabiliyorlar. 2013 yılında Leo Kouwenhoven’in öncülük ettiği araştırmacılar, tek boyutlu kablonun içerisinde çok küçük bir manevra boşluğuyla sıkıştırılmış elektronlarla bir deney gerçekleştirdiler. Bu deneyde elektronların hareketini yine Meksika dalgasına benzetebiliriz. Araştırmacıların keşfine göre, kablonun her iki ucundan sıyrılan parçacıklar Majorana çifti gibi davranıyor. Bu parçacıkların gelecekte, süper-güçlü kuantum bilgisayarlarda ‘bit’ olarak kullanılma potansiyelleri var.

Tabii ki liste bu kadarla da sınırlı değil. Bir de Weyl fermionları var. Geçtiğimiz yıl, 3 araştırma grubu bu parçacık çiftlerini yaptığını rapor etti. Birbirlerinin ayna görüntüleri olan bu parçacıklar, dönünün temelindeki dalgalardan yapılmalar ve bir nevi sağdan ve soldan bağlanmış düğümlere benziyorlar. Bu parçacıkların özellikleri, spintronik programlamaya ya da dönüş tabanlı elektronik bilgisayarlara yeni bir boyut kazandırabilir.

Bütün bu kullanışlılıklarının yanında, kuazi parçacıkların hala duman ve ayna olarak düşünülmesi normal. Yani bu parçacıklar yalnızca birer matematiksel hile. Bu parçacıklar ile maddenin yapı taşları olan parçacıklar arasında hala bir ayrım mevcut- bu ayrımı parçacık hızlandırıcılarda çarpıştırıp çarpıştıramama üzerinden değerlendirmek mümkün olabilir.

Yukarıdaki cümlenin sonunda ‘olabilir’ kelimesinin kullanılmasının bir amacı var.Çünkü bu konuda yanlış düşünüyor da olabiliriz. Mayıs ayında duyurulan, Rupert Huber ve araştırma takımının geliştirdiği ilk kuazi parçacık çarpıştırıcısı bu noktada kafaları karıştırıyor. Bilim insanları yaptıkları bu çalışmada, tungsten diselenür olarak adlandırılan bir yarı iletkeni kullandılar ve bu malzeme içerisindeki ekskitonları, bileşenleri olan bir elektron ve bir boşluğa lazer darbeleri ile ayırdılar. Daha sonra darbeleri tersine çevirerek bu iki biti birbirleriyle çarpıştırdılar (Nature, vol 533, p 225).

Ekskitonlar, gerçek parçacıklardan beklendiği şekilde davrandılar. Elektron ve boşluk, karşılıklı olarak yok oldular ve fotonoluşturdular. Bu davranışa, bir elektronun kendi antimadde eşleniği olan positrona yüksek hızlı çarpmasında da rastlıyoruz.

Huber’in bu yöntemi, diğer kuazi parçacıklarla ilgili bildiklerimize de yenilerini ekleyebilir. Bu listenin başında da trionlarınolduğunu söyleyebiliriz. Bu kuazi parçacıklar, iki elektrondan ve bir boşluktan oluşuyorlar. Ekskitonların aksine, trionların kendi başlarına hızlandırılıp birbirleriyle çarpıştırılmaları mümkün olabilir. Huber’e göre, yapılacak böyle bir deney ile kuazi parçacıkların hangi noktada gerçek gibi davranmayı bıraktıklarının çözümlenmesi mümkün olabilir.

Bütün bu kafa karışıklığından sonra, yeniden sorumuza dönelim. Parçacık nedir? Bu soru, Einstein’ın ilk defa ışığın parçacıklardan yapılma olduğunu öne sürmesinden beri kafamızı kurcalamaya devam ediyor. Belki de nihayetinde bütün bu durumun matematik olduğunu ve denklemlerin maddenin işleyişini anlamamız noktasında bize rehberlik edebileceğini kabul edeceğiz. Fakat bundan daha derin ve net bir cevap istiyorsak, atomların arasındaki boşluklarda bulunmayan parçacıkların izini sürmek en iyi seçeneğimiz olabilir.

Kaynak ve İleri okuma:

Lessons in reality from particles that don’t exist, New scientist, September 10, 2016 pg: 32-35
Lightwave-driven quasiparticle collisions on a subcycle timescale, Nature 533, 225–229 doi:10.1038/nature17958
Truth of the matter: The Majorana particle mystery, New Scientist, Retrieved from https://www.newscientist.com/article/mg21428641-500-truth-of-the-matter-the-majorana-particle-mystery/
Spin: The quantum twist coming to a computer near you, New Scientist, Retrieved from https://www.newscientist.com/article/mg22129510-900-spin-the-quantum-twist-coming-to-a-computer-near-you/
 




Kaynak: Güncel Mersin

Editör: Ender Erdemil




FACEBOOK YORUM
Yorum

İLGİNİZİ ÇEKEBİLECEK DİĞER EĞİTİM-KÜLTÜR Haberleri

YAZARLAR
ÇOK OKUNAN HABERLER
SON YORUMLANANLAR
HABER ARŞİVİ
HAVA DURUMU
PUAN DURUMU
Takım O G M B A Y P AV
1 Medipol Başakşehir 26 17 2 7 41 13 58 +28
2 Galatasaray 26 15 4 7 55 27 52 +28
3 Beşiktaş 26 13 5 8 51 34 47 +17
4 Trabzonspor 26 12 7 7 45 36 43 +9
5 Yeni Malatyaspor 26 10 9 7 37 33 37 +4
6 Atiker Konyaspor 26 8 7 11 32 30 35 +2
7 Antalyaspor 26 10 11 5 29 41 35 -12
8 Çaykur Rizespor 26 8 8 10 37 33 34 +4
9 Sivasspor 26 9 10 7 38 39 34 -1
10 Kasımpaşa 26 10 12 4 44 48 34 -4
11 Alanyaspor 26 10 12 4 28 33 34 -5
12 Kayserispor 26 8 9 9 24 34 33 -10
13 Fenerbahçe 26 7 9 10 32 37 31 -5
14 MKE Ankaragücü 26 9 13 4 27 41 31 -14
15 Bursaspor 26 5 8 13 24 31 28 -7
16 Göztepe 26 8 15 3 26 34 27 -8
17 BB Erzurumspor 26 4 12 10 26 35 22 -9
18 Akhisarspor 26 5 15 6 27 44 21 -17
Takım O G M B A Y P AV
1 Gençlerbirliği 12 9 2 1 22 7 28
2 Ümraniyespor 14 9 4 1 22 12 28
3 Denizlispor 13 8 2 3 24 9 27
4 Altınordu 13 7 2 4 24 9 25
5 Hatayspor 13 6 2 5 20 8 23
6 Balıkesirspor Baltok 12 7 3 2 16 11 23
7 Adana Demirspor 13 6 3 4 21 11 22
8 Osmanlıspor FK 14 7 6 1 17 14 22
9 Gazişehir Gaziantep FK 13 6 4 3 19 10 21
10 Eskişehirspor 14 5 3 6 17 17 21
11 Boluspor 13 5 4 4 16 12 19
12 Altay 13 5 5 3 16 12 18
13 İstanbulspor 12 5 4 3 19 20 18
14 Giresunspor 13 4 6 3 15 17 15
15 Adanaspor 13 3 5 5 16 15 14
16 Afjet Afyonspor 13 3 6 4 16 23 13
17 Elazığspor 13 2 8 3 13 21 9
18 Kardemir Karabükspor 13 0 11 2 6 32 2
Takım O G M B A Y P AV
1 Manisa BBSK 13 10 1 2 33 10 32
2 Fatih Karagümrük 14 10 2 2 27 12 32
3 Tuzlaspor 14 10 3 1 33 9 31
4 Menemen Belediyespor 14 9 1 4 30 15 31
5 Sivas Belediyespor 14 7 3 4 23 17 25
6 Bandırmaspor 13 7 4 2 18 12 23
7 Şanlıurfaspor 13 6 3 4 18 12 22
8 Kahramanmaraşspor 14 6 5 3 15 15 21
9 Etimesgut Belediyespor 13 5 3 5 16 13 20
10 Kırklarelispor 14 5 4 5 17 15 20
11 Tarsus İdman Yurdu 13 5 4 4 22 23 19
12 Pendikspor 13 4 3 6 18 16 18
13 Bak Spor 13 4 3 6 15 17 18
14 Zonguldak Kömürspor 13 4 4 5 11 12 17
15 Fethiyespor 14 3 4 7 11 15 16
16 Tokatspor 14 4 8 2 13 17 14
17 Konya Anadolu Selçukspor 13 2 5 6 18 28 12
18 Darıca Gençlerbirliği 14 3 8 3 12 24 12
Takım O G M B A Y P AV
1 Nazilli Belediyespor 13 9 0 4 27 11 31
2 Nevşehir Belediyespor 13 7 1 5 28 13 26
3 Tire 1922 13 6 0 7 18 8 25
4 Hekimoğlu Trabzon 12 7 1 4 15 7 25
5 Şile Yıldızspor 12 7 3 2 30 16 23
6 Karaköprü Belediyespor 13 7 4 2 23 14 23
7 Ergene Velimeşe 13 6 4 3 18 12 21
8 Silivrispor 13 5 4 4 14 9 19
9 Artvin Hopaspor 13 4 2 7 11 7 19
10 Kozan Belediyespor 13 4 2 7 13 11 19
11 Erzin Belediyespor 13 4 3 6 19 14 18
12 Batman Petrolspor 12 5 4 3 12 14 18
13 Gebzespor 13 4 4 5 14 11 17
14 Büyükçekmece Tepecikspor 13 5 6 2 14 15 17
15 Erbaaspor 12 4 4 4 16 11 16
16 Yomraspor 12 3 2 7 12 11 16
17 Körfez Spor Kulübü 13 1 9 3 8 28 6
Tarih Ev Sahibi Sonuç Konuk Takım
 05/04/2019 Trabzonspor vs Antalyaspor
 06/04/2019 Alanyaspor vs Bursaspor
 06/04/2019 Sivasspor vs Kayserispor
 06/04/2019 Galatasaray vs Yeni Malatyaspor
 07/04/2019 Kasımpaşa vs BB Erzurumspor
 07/04/2019 Göztepe vs Akhisarspor
 07/04/2019 MKE Ankaragücü vs Fenerbahçe
 07/04/2019 Medipol Başakşehir vs Atiker Konyaspor
 08/04/2019 Çaykur Rizespor vs Beşiktaş
Tarih Ev Sahibi Sonuç Konuk Takım
 02/04/2019 Altınordu vs Osmanlıspor FK
 02/04/2019 Kardemir Karabükspor vs Adanaspor
 02/04/2019 Gençlerbirliği vs Boluspor
 02/04/2019 İstanbulspor vs Eskişehirspor
 03/04/2019 Balıkesirspor Baltok vs Giresunspor
 03/04/2019 Gazişehir Gaziantep FK vs Afjet Afyonspor
 03/04/2019 Hatayspor vs Elazığspor
 03/04/2019 Denizlispor vs Altay
 06/04/2019 Boluspor vs Kardemir Karabükspor
Tarih Ev Sahibi Sonuç Konuk Takım
 23/03/2019 Etimesgut Belediyespor vs Tokatspor
 23/03/2019 Manisa BBSK vs Darıca Gençlerbirliği
 24/03/2019 Sivas Belediyespor vs Kahramanmaraşspor
 24/03/2019 Şanlıurfaspor vs Tarsus İdman Yurdu
 24/03/2019 Bak Spor vs Menemen Belediyespor
 24/03/2019 Bandırmaspor vs Anadolu Selçukspor
 24/03/2019 Kırklarelispor vs Tuzlaspor
 24/03/2019 Pendikspor vs Fatih Karagümrük
 24/03/2019 Zonguldak Kömürspor vs Fethiyespor
Tarih Ev Sahibi Sonuç Konuk Takım
 23/03/2019 Hekimoğlu Trabzon vs Körfez Spor Kulübü
 23/03/2019 Yomraspor vs Büyükçekmece Tepecikspor
 24/03/2019 Batman Petrolspor vs Erzin Belediyespor
 24/03/2019 Erbaaspor vs Artvin Hopaspor
 24/03/2019 Ergene Velimeşe vs Kozan Belediyespor
 24/03/2019 Gebzespor vs Tire 1922
 24/03/2019 Silivrispor vs Nevşehir Belediyespor
 24/03/2019 Şile Yıldızspor vs Nazilli Belediyespor
 24/03/2019 Batman Petrolspor - Erzin Belediyespor Erzin Belediyespor ligde deplasmandaki son 13 maçında hiç kazanamadı  Batman Petrolspor yenilmez
 23/03/2019 Yomraspor - Büyükçekmece Tepecikspor Yomraspor ligdeki son 6 maçında hiç kazanamadı  Büyükçekmece Tepecikspor yenilmez
resmi ilanlar

Web sitemize nasıl ulaştınız?


GÜNLÜK BURÇ
nöbetçi eczaneler
HABER ARA
Bizi Takip Edin :
Facebook Twitter Google Youtube RSS
YUKARI YUKARI