Araştırmacılar sürekli uyarılara rağmen ısınmayı reddeden bir kuantum gaz gözlemledi; bu olağanüstü durum, “çok-cisimli dinamik lokalizasyon” olarak adlandırılıyor.
Bir sistemde iş yapmak, onun ısınmasına yol açar. Bu sistemi yalnızca fizik deneyleri olarak düşünmeden de kurgulamak mümkün. Örneğin iki eli birbirine sürterek ısınmasını sağlamak da aynı şekilde işin ısıya dönüşmesine bir örnek olabiliyor.
Klasik fizikteki bu düzen, kuantum düzeyde de görülmeyi bekleniyor. Çok parçacıklı bir sistemi sürekli uyarmak, özellikle de parçacıklar arasında güçlü etkileşim varsa enerji emmeyi ve ısınmayı ortaya çıkarır. İnnsbruck üniversitesinde deneysel fizik bölümünden Hanns-Christoph Nägerl’in ekibi tarafından yürütülen araştırma, kuantum düzeyde böyle olmadığını söylüyor.
Araştırmacılar, “quantum kicked rotor” (QKR) olarak bilinen ve kuantum mekaniğinin temel ilkelerini test etmek için kullanılan bir modeli incelediler. Araştırmacılar, mutlak sıfırın yalnızca birkaç nanokelvin üzerinde soğutulmuş, güçlü şekilde etkileşen atomlardan oluşan tek boyutlu bir kuantum akışkan yarattı. Atomlar, lazer ışığıyla oluşturulan ve periyodik olarak “tekme” (kick) gibi açılıp kapanan kafes potansiyeline (lattice potential) maruz bırakıldı.
Optik kafes; lazer ışınlarıyla oluşturulan ve atomların içine hapsolabileceği düzenli bir potansiyel alana deniyor. Tekme benzetmesi ise fizikte sisteme ani, kısa süreli ve düzenli aralıklarla verilen dış uyarılar anlamına geliyor. Ancak Innsbruck ekibi, bu modelin çok parçacıklı versiyonunda farklı bir sonuç elde etti.
Bu koşullarda, atomların zamanla enerji emmesini, tıpkı trambolinde bir çocuğun zıplamasıyla diğerlerinin de hareket etmesi gibi kolektif bir davranış sergilemelerini bekleniyor. Başlangıçta, atomların momentum dağılımı genişlemeye devam etti. Ancak belirli bir süre sonra, bu dağılım durdu ve sistemin kinetik enerjisi sabitlendi. Bu durum, sistemin momentum uzayında lokalize olduğunu ve enerji emmediğini gösterdi. Bu fenomen, “çok-cisimli dinamik lokalizasyon” (MBDL) olarak adlandırıldı.
Ancak ekip, kısa bir başlangıç evresinden sonra atomların momentum dağılımı genişlemeyi durdurduğunu ve kinetik enerjinin sabitlendiğini gözlemledi. Sistem sürekli dürtülmesine ve güçlü etkileşimlere rağmen artık enerji emmedi ve momentum uzayında lokalize oldu.
Araştırmacılar MBDL olgusunun hassasiyetini test etmek için sisteme rastgelelik ekledi. Az miktarda düzensizliğin bile lokalizasyon etkisini yok etmeye ve difüzyonu geri getirmeye yettiği gözlemlendi. Momentum dağılımı bulanıklaştı, kinetik enerji keskin biçimde yükseldi ve sistem sürekli enerji emmeye başladı. Nägerl, “Bu test, böylesi dürtülen çok-cisimli sistemlerde termalleşmeyi önlemek için kuantum tutarlılığın belirleyici olduğunu gösteriyor” diyor.
Bu araştırma; kuantum sistemlerinin termalleşmeden nasıl kaçtığını anlamak, kuantum simülatörleri ve bilgisayarları da dahil olmak üzere daha gelişmiş kuantum aygıtlarının inşası yolunda önemli bir adım olarak görülüyor. Kontrolsüz ısınma ve tutarlılığın bozulması teknolojilerin önündeki en büyük engellerden olduğundan, araştırmanın bu problemlere çözüm bulabileceği öngörülüyor.
Kaynak: Eurekalert
