Oregon, Pennsylvania ve Syracuse üniversitelerinden araştırmacılar, ideal camın inşa edilebileceğini gösteren bilgisayar simülasyonu gerçekleştirdi. İdeal cam, 1948’de Princeton Üniversitesinde kimya profesörü olan Walter Kauzmann’ın ortaya attığı bir terim. Uzayı verimli bir şekilde doldurarak rastgele dizilmiş parçacıklarına rağmen tek bir olası düzenlemede kalan cama deniyor.
Geleneksel, yani bildiğimiz camlarda parçacıklar düzensiz bir yerleşimde kalıyor ve bu sebeple kolayca kırılabiliyor.
Kauzzmann, ideal camın bir paradoks yaratacağı için hiçbir zaman var olamayacağını savunmuştu. Kauzmann’a göre; bir sıvı ne kadar fazla aşırı soğutulursa entropisi o kadar azalacaktı. Aşırı soğutulmuş sıvı, aynı maddenin kristalitle aynı esntropide olabilirdi ancak bu noktaya ulaşmak sonsuz bir zaman ölçeği gerektireceğinden ideal cama ulaşmanın imkansız olduğunu savundu.
Bu kuram, birçok fizikçiyi ideal camı aramaya yöneltti. Makalenin kıdemli yazarı Eric Corwin, Phys.org’a yaptığı açıklamada, “Dengelenmiş (ideal) cam kavramı onlarca yıldır gündemde.” dedi. Yıllar boyunca yapılan çalışmalar soğutma süreçlerini kullandı ve başarısız oldu.
Yeni araştırmanın çözümü soğutma değil
Araştırmanın temel hedefi, kuramsal olarak öngörülen “ideal” konfigürasyonların gerçekten var olup olmadığını sınamaktı. Çalışmada araştırmacıların simüle ettiği ideal camın mekanik özellikleri, temelindeki kristalle neredeyse özdeş. Bu da ayırt edici özelliğin uzamsal düzen değil, entropi olduğunu gösteriyor. Başlangıçta Corwin ve ekibi, üç boyutlu sistemlerde alışılmadık derecede kararlı ve güçlü cam benzeri durumlar üretmeye ve bu yapıların temel fiziğine ışık tutmaya çalışıyordu. Ancak üç boyutta ultra kararlı cam üretmek için geliştirilen tekniklerin, iki boyutta ideal cam arayışında da kullanılabileceğini fark ettiler.
Corwin şunları söyledi: “Güçlü bir cam üretmek için onu son derece yavaş soğutmanız ve çok uzun süre dengelenmesine izin vermeniz gerekir. Doğada bunun örnekleri çok eski kehribardan oluşan camlarda görülebilir ya da son derece ince film biçiminde ‘ultra kararlı’ camlar özel yöntemlerle üretilebilir. Alternatif olarak, fiziksel olmayan hilelerle süreci hızlandırarak bu tür bir camın oluşumunu simüle edebilirsiniz.”
Araştırma kapsamında ekip, yumuşak parçacıkların sıkı biçimde paketlendiği iki boyutlu sistemleri simüle etti. Simülasyon sırasında yalnızca parçacıkları titreştirmekle kalmayıp başka değişkenleri de değiştirebildiler. Örneğin parçacıkları büyütüp küçülterek daha sıkı yerleşmelerini ve daha kompakt hale gelmelerini sağladılar.
Corwin, mekanik kararlılığın temelinde basit ama güçlü bir sayma ilkesinin yattığını belirtiyor. Corwin’e göre iki boyutlu bir parçacık sistemi ele alındığında, her parçacık sağa-sola ve yukarı-aşağı olmak üzere iki serbestlik derecesine sahip. Bu serbestliklerin ortadan kaldırılması, yani parçacığın mekanik olarak sabitlenmesi için ortalama iki bağımsız kısıt gerekiyor. Bu kısıtlar komşu parçacıklarla kurulan temaslar üzerinden sağlanıyor.
Uzun vadede ise üç boyutlu ideal camlar ve küresel paketlemeleri gerçekleştirmeyi ve simüle etmeyi hedefliyorlar. Ancak mevcut yöntemler üç boyuta genişletilemediği için, ekip şimdi üç boyutta uygulanabilecek alternatif yaklaşımlar geliştirmeye çalışıyor.
Kaynak: Physical Review Letters