Fizikçiler, ışığın temel parçacıkları olan fotonlardan oluşan tek boyutlu bir gaz yaratarak Bose-Einstein Yoğunlaşması (BEC) ile alakalı yeni bir madde durumunu keşfettiler. Bonn Üniversitesi ve Kaiserslautern-Landau Üniversitesi'nden araştırmacılar, bu benzersiz gazı, fotonları microcavity adı verilen özel bir kapta hapsederek oluşturduğunu belirtirken, bu deney; kuantum sistemlerinde boyutun maddenin davranışını nasıl değiştirdiğini anlamak için atılan önemli adımlardan biri olarak kayda geçti.
Maddenin hareketi, boyutsal kısıtlamalarla büyük ölçüde değişir. Basit bir örnekle; bir düğünde serbestçe hareket eden bir halay sırası, sınırlı bir alana hapsedildiğinde çok daha farklı bir şekilde davranır. Araştırmacılar da fotonların iki boyuttan tek boyuta geçiş yaptıklarında nasıl farklı davrandıklarını incelediler. Normalde Bose-Einstein Yoğunlaşması (BEC) durumuna geçiş, fotonlar gibi parçacıkların soğutularak bireysel özelliklerini kaybetmesi ve ortak bir kuantum durumu oluşturması ile gerçekleşir ancak boyutlar azaldıkça bu geçiş daha karmaşık hâle gelir.
Peki nedir bu ‘Microcavity’?
Microcavity terimi her ne kadar doğrudan Türkçesi bulunan bir terim olmasa da algılanabilmesi açısından "mikro-oyuk" veya "mikro-çukur" olarak çevrilebilir. Özetlemek gerekirse bu terim, ışığın rezonans yapabileceği veya tuzağa düşebileceği mikroskobik ölçekteki boşlukları veya oyukları ifade eder. Keza deneyin temel ana odağı da budur.
Deneyde araştırmacılar, microcavity adı verilen küçük bir kabı boya çözeltisiyle doldurdu ve lazer yardımıyla fotonları bu çözeltinin içine hapsetti. Kabın yansıtıcı duvarları, fotonların dalga özelliklerini kısıtlayarak hareketlerini kontrol etti. Ardından şeffaf bir polimer kullanarak mikroskobik çıkıntılar oluşturan araştırmacılar, bu sayede foton gazını tek boyutlu bir forma zorlamayı başardı. Fotonların hareketini sınırlandıran bu yapı, gazın davranışını incelemelerine olanak tanıdı.
Kuantum fiziği yasalarını anlama yolunda önemli bir adım
Bonn Üniversitesi'nden fizikçi Frank Vewinger, bu deneyde tek boyutlu bir gazın davranışının iki boyutlu bir gazdan nasıl farklılaştığını gözlemlediklerini belirtti. Tek boyutta foton gazlarında meydana gelen termal dalgalanmaların, iki boyuttakine göre çok daha belirgin ve etkili hâle geldiği gözlemlendi. Öyle ki Vewinger’in de deyimiyle bu dalgalanmalar tek boyutta âdeta "büyük dalgalar" yaratmakta.
Yapılan deney ayrıca Bose-Einstein Yoğunlaşması'nın farklı boyutlarda nasıl oluştuğuna dair teorik tahminleri doğrulamış oldu. Gelecekte bu deneysel düzenek, foton gazlarının temel davranışını daha derinlemesine incelemek ve kuantum fiziği yasalarının nasıl işlediğini anlamak için kullanılacak.