Fizikçiler, sıvı helyumun küçük damlacıkları içindeki moleküllerin dönüşünü kontrol etmenin yeni bir yolunu geliştirerek süperakışkanların incelenmesinde önemli bir ilerleme kaydetti. Özel olarak tasarlanmış bir optik santrifüj kullanan ekip, sıvı helyum nano-damlacıkları içinde asılı duran molekülleri hassas bir şekilde döndürmeyi başardı ve bilim insanlarına bu olağandışı sürtünmesiz malzemeleri keşfetmek için güçlü bir araç kazandırdı.
Bu başarı, bir süperakışkan içinde kontrollü moleküler dönüşün ilk başarılı gösterimi oldu. Araştırmacılar artık bir molekülün dönüş yönünü ve hızını doğrudan ayarlayabiliyor; bu da moleküllerin farklı dönme frekanslarında kuantum çevreleriyle nasıl etkileşime girdiğini araştırmayı mümkün kılıyor. British Columbia Üniversitesi (UBC) araştırmacılarının liderliğinde, Freiburg Üniversitesi iş birliğiyle yürütülen çalışma Physical Review Letters dergisinde yayımlandı.
“Herhangi bir akışkan içinde çözünmüş bir molekülün dönüşünü kontrol etmek zorlu bir iştir,” diyor UBC Fizik ve Astronomi Bölümü'nden doçent Dr. Valery Milner. “Çözünmüş moleküller, akışkanın atomik veya moleküler bileşenleriyle etkileşime girer, etkin bir şekilde büyür ve döndürülmeleri zorlaşır. Bir kartopu yaptığınızı hayal edin: Küçükken hareket ettirmek çok kolaydır, ancak ona ne kadar çok kar yapışırsa o kadar zorlaşır.”
Süperakışkanları Anlamak
Mutlak sıfıra yakın sıcaklıklara soğutulan sıvı helyum gibi süperakışkanlar, viskozitesiz akan sıradışı bir madde halidir. İç sürtünmeleri olmamasına rağmen, moleküllerin içlerinde çözünmesine izin veren çözücüler gibi davranırlar.
“Kuantum maddesi bilimini ilgilendiren ve bu yeni yaklaşımın keşfetmemize yardımcı olacağı soru, normal bir akışkandan bu tür bir kuantum süperakışkanına geçiş yaparken çözünen molekülün perspektifinden neyin değiştiğidir,” diye ekliyor Dr. Milner.
Yeni Bir Optik Santrifüj Tekniği
Geleneksel optik santrifüjler, gazlardaki molekülleri dönen bir lazer darbesine maruz bırakarak döndürmek için kullanılıyordu. Lazerin elektrik alanı döndükçe, gaz molekülleri onunla hizalanıyor ve dönmeye başlıyordu. Ancak şimdiye kadar aynı yaklaşım bir süperakışkan içine daldırılmış moleküllerle başarılı olamamıştı.
Bu sınırlamayı aşmak için Dr. Milner ve meslektaşları, nitrik oksit dimerleriyle katkılanmış helyum nano-damlacıklarına moleküller yerleştirdi. Ardından lazer darbeleri arasında kısa bir gecikme eklediler. Ortaya çıkan girişim, moleküllerin döndürülmesini kolaylaştıran çok daha yavaş ve sabit bir dönüş hızı üreterek araştırmacıların 'döndürülebilirlik' olarak tanımladıkları özelliği artırdı.
Süperakışkanlığın Sınırlarını Keşfetmek
Araştırmacılar şimdi, süperakışkanlığın bozulmaya başlaması nedeniyle moleküler dönüşün önemli ölçüde yavaşlamasının beklendiği kritik bir noktayı belirlemek için yeni santrifüjün sunduğu 'kontrol düğmesini' kullanarak dönme frekansını değiştirmeyi planlıyor.
“Bu geçişin bu kadar küçük bir atomik ölçekte nasıl ve ne zaman (örneğin hangi frekansta) gerçekleşeceği iyi anlaşılmış değil,” diyor Dr. Milner. “Şu anda üzerinde çalıştığımız kilit alan işte bu.”
Araştırma, Kanada Doğa Bilimleri ve Mühendislik Araştırma Konseyi, Kanada Yenilik Vakfı ve BC Bilgi Geliştirme Fonu tarafından desteklendi.
