Maddenin 5. Hali: Bose-Einstein Yoğunlaşması

Her zaman okulda anlatılan kimya dersinde bize maddenin dört hali olduğu söylenmiştir; katı, sıvı, gaz ve plazma. Öncelikle bu 4 madde halini inceleyelim. Katı bir maddede, parçacıklar sıkı sıkı bir arada bulunduklarından serbestçe hareket edemezler. Bu yüzden de belirli bir hacme ve şekle sahiptirler. Sıvılarda parçacıklar, biraz daha dağınık halde ama yine de birbirlerine yakın bulunurlar. Bu durum, sıvıların girdiği kabın şeklini almasının sebebidir. Gaz parçacıkları arasında ise oldukça büyük boşluklar bulunur ve bu parçacıkların kinetik enerjileri de fazladır. Yani sınırlandırılmadıkları sürece etrafa belirsiz bir şekilde yayılırlar. Plazma halinde ise maddenin aşırı ısınması sonucu iyonlar ve elektronlar serbestçe dolaşabilir duruma gelir. Dolayısıyla bir plazmanın, tıpkı gazlarda olduğu gibi, belirli bir şekli ya da hacmi yoktur. Bir gazı soğutursanız sıvıyı, bir sıvıyı soğutursanız katıyı elde edersiniz. Peki mutlak sıcaklık yani 0 K veya -273,15 °C dereceye kadar bir cismin ısısını alırsanız ne olur? Cevap: Bose-Einstein yoğunlaşması.

bose einstein yoğuşması grafiği
Anderson ve ark. (1995) tarafından yapılan deneyde Rubidyum atomlarının
hız dağılımının görüntüsü. Soldaki şekil yoğuşma sıcaklığının hemen üstündeki gazın
görüntüsü, ortadaki şekil yoğuşmanın henüz başladığı andaki görüntü ve sağdaki şekil
buharlaştırarak soğutma yapıldıktan sonra yaklaşık olarak tüm parçacıkların (pure
condensate) yoğuşmaya katıldığı durumda elde edilen görüntüdür. Kırmızı renk en az, beyaz
renk en fazla olmak üzere, renkler herbir hız dağılımındaki atomların sayısını gösterir
(Cornell 1996).

Bose-Einstein Yoğunlaşması

Bose-Einstein yoğunlaşması, mutlak sıfır derecesine çok çok yakın derecelerde soğutulan atom topluluğuna denir (mutlak sıfır = 0 Kelvin veya −273,15°C’dir). Mutlak sıfır civarında parçacıklar aynı enerji seviyesine düşerek kümeleşmeye başlarlar. Diğer bir deyişle, artık bireysel hareket eden parçacıklar yoktur; hepsi “aynı” kimliğe bürünmüşlerdir ve bir küme halinde “tek bir atommuşçasına” hareket etmeye başlarlar.

Fikirler ve Fikirleri Üretenler

Satyendra Bose ve Albert Einstein
Satyendra Bose ve Albert Einstein’ın fotoğrafı

1925 yılında Hintli fizikçi Satyendra Bose yayımlayamadığı makalesini Albert Einstein’a gönderir. Bose’un ışık parçacıklarının istatistiksel olarak nasıl davrandığını gösterdiği bu çalışmasını bir hayli önemli bulan Einstein, konuyla ilgili daha fazla hesaplama yaparak bu fikri atomlara uyarlamaya çalışır. Böylece mutlak sıfıra oldukça yakın sıcaklıklarda parçacıkların kuantum kurallarına uyduğu maddenin yeni bir hali olabileceği tahminini yürütür. İki fizikçinin ortaklaşa katkı yaptıkları bu fikir böylelikle Bose-Einstein Yoğunlaşması adıyla anılır. Teori, böylesi bir madde halinin var olması gerektiğini söylese de öngörülmüş olan bu hal 1995 yılına kadar elde edilememiştir. 1995 yılında Colorado Üniversitesi’nden Eric Cornell ve Carl Wieman rubidyum atomlarını; MIT’den Wolfgang Ketter ile sodyum atomlarını lazerler ve mıknatıslar yardımıyla mutlak sıfıra çok yakın bir sıcaklığa indirmeyi başarmışlar ve bu başarılarından dolayı 2001 yılında Nobel Fizik Ödülü’nü almışlardır.

Madde ve Kuantum Özellikleri

Bu ultra soğuk sıcaklıkta (mutlak sıfırın bir derece üstünün milyarda biri sıcaklıkta) moleküler hareket neredeyse durma noktasına gelir. Kinetik enerji transferi bir atomdan diğerine yok denecek kadar az olduğundan atomlar kümelenmeye başlar. Artık birbirinden ayrı duran binlerce atom yoktur; aynı şekilde davranan sadece tek bir “süper atom” vardır.

Bose-Einstein yoğuşuk maddesi süper akışkan özelliğe, yani sıfır viskoziteye sahiptir. Sıfır viskoziteye sahip bir madde ise içinde bulunduğu kabın kenarlarından tırmanıp dışarıya taşabilir, hatta kabın sahip olduğu molekül büyüklüğündeki çatlaklardan dışarıya dahi sızabilir.

Nerelerde Kullanılır?

Bose-Einstein yoğuşuk maddesi içine ışık gönderildiğinde ışığın hızı, neredeyse bir bisiklet hızı kadar yavaşlar ve böylelikle parçacık/dalga ikiliği incelenebilir hale gelir. Bose-Einstein yoğuşuk maddeleri karadeliklere özgü olabilecek koşulları simüle ettiğinden bu alandaki araştırmalarda kullanılmaktadır. Kuantum etkilerin makroskopik seviyede görülebilmesinden ötürü kuantum bilgi bu yoğuşuk ortamda da depolanabilir. Bu da kuantum bilgisayarların geliştirilebilmesine olanak sağlamaktadır.

KAYNAA*

KAYNAKÇA**

KAYNAKÇA***

                                            YAZAR: Mizgin DEMİR

                                                                          EDİTÖR: Melisa ACAR

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.

İletişime Geç

Bizimle iletişime geçin!