Bilim insanları, kuantum bilgisini korumak için yeni bir yol sunabilecek neredeyse hareketsiz kuantum parçacıklarını tespit etmeye bir adım daha yaklaştı.
Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie
Daha gerçekçi bir kuantum modeli, katı malzemelerde garip ve neredeyse hareketsiz yarı parçacıklar olan fraktónların varlığına işaret eden kanıtlar ortaya koydu. Serbestçe hareket edememeleri, olağanüstü sağlam kuantum bilgi depolama için umut verici yapı taşları olmalarını sağlayabilir.
HZB'deki araştırmacılar, kuantum fiziğinin daha tuhaf tahminlerinden birini deneysel gerçekliğe yaklaştırmada önemli bir adım attı. Daha önce yüksek derecede genelleştirilmiş ayar alan teorileri kullanılarak kuantum spin sıvılarında öngörülen egzotik yarı parçacıklar olan fraktónlar, artık daha gerçekçi bir kuantum katı hal modeli simülasyonlarında da görüldü.
Yarı parçacıklar, bir katı içindeki birçok etkileşen parçacığın kolektif davranışından ortaya çıkar. Örneğin, bir kristal kafes boyunca hareket eden titreşimler, fonon adı verilen yarı parçacıklar olarak tanımlanabilir.
Fraktónlar çok daha sıra dışıdır. Farklı spin düzenlemelerini ayıran manyetik alan duvarlarının köşelerinde ortaya çıkarlar ve belirleyici özellikleri son derece sınırlı hareket kabiliyetidir. Tek bir fraktón esasen kendi başına hareket edemez ve yalnızca diğer fraktónlarla etkileşim yoluyla kaydırılabilir.
Bu kısıtlama potansiyel olarak faydalı olabilir. Fraktónların hareket etmesi çok zor olduğundan, araştırmacılar bunların kuantum bilgisini daha sağlam bir şekilde depolamanın bir yolunu sunabileceğini öne sürdü.
Fizikçiler, fraktónların kuantum spin sıvıları da dahil olmak üzere çeşitli sistemlerde ortaya çıkabileceğini öngördü. Bunlar, kristallerdeki elektronların manyetik momentlerinin 0° K'de bile sabit bir düzene yerleşmediği alışılmadık madde halleridir. Bunun yerine, sıvıdaki atomların sürekli hareketine benzeyen bir şekilde titreşmeye devam ederler.
Daha Gerçekçi Modellerde Fraktónlar
Şimdiye kadar kuantum spin sıvılarında öngörülen fraktónlar deneylerde doğrudan gözlemlenmedi. Bugüne dek bu parçacıklara ilişkin teorik öngörüler, yüksek derecede genelleştirilmiş ayar alan teorilerine rank-2 U(1) ayar teorileri dayanıyordu.
Profesör Johannes Reuther ve Dr. Nils Niggemann liderliğindeki bir çalışma, fraktónların daha gerçekçi bir kuantum katı modelinde de ortaya çıkabileceğini göstererek fikri deneysel testlere yaklaştırdı.
Klasik modellerin aksine bu simülasyonlar kuantum etkilerini hesaba katar. Araştırma grubunun daha önceki çalışmaları ise büyük bir soruna takılmıştı. Kuantum etkileri çok güçlü olduğunda fraktónlar kayboluyordu. Çok zayıf olduğunda ise fraktónlar yalnızca gerçek kuantum davranışı olmayan klasik parçacıklar olarak var olabiliyordu.
Araştırmacılar, modelin spinler arasındaki etkileşimleri temsil etme biçimini iyileştirerek bu zorluğun üstesinden geldi. Yeni sayısal simülasyonları, aranan madde fazının daha gerçekçi kuantum koşullarında var olabileceğine dair kanıt sağlıyor.
Kuantum Teorisinden Deneysel Tespite
Johannes Reuther, "Bu karmaşık spin etkileşimini modellemede, deneysel katı hal fiziği alanındaki HZB'deki meslektaşlarımızla yaptığımız kişisel görüşmelerden yararlanıyoruz" dedi.
Bir sonraki zorluk, teorik modelde varsayılan koşulları yeniden üreten gerçek fiziksel sistemleri tanımlamak ya da oluşturmaktır. Bu, araştırmacıların öngörülen fraktónların gerçekten ortaya çıkıp çıkmadığını deneysel olarak test etmesine olanak tanıyabilir.
Rydberg atom simülatörleri böyle bir deney için olası bir platformdur ve bu kaçamak kuantum yarı parçacıklarının nihayet tespit edilmesine yönelik umut verici bir yol sunabilir.
Journal Reference
Nils Niggemann, Meghadeepa Adhikary, Yannik Schaden-Thillmann, Johannes Reuther. Gapless fracton quantum spin liquid and emergent photons in a 2D spin-1 model. Nature Communications, 2026; 17 (1) DOI: 10.1038/s41467-026-74797-0
Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie. "Kuantum spin sıvılarında fraktónların tespiti için önemli bir adım." ScienceDaily. ScienceDaily, 7 Eylül 2026. www.sciencedaily.com/releases/2026/09/260903064222.htm.
