Değilparçacık Aracılığı ile Süperiletkenlik

Kütle, kuantumlanmış olduğu (belli bir değerin katları biçiminde arttığı) saptanan ilk maddesel özellikti. Örneğin bir elektronun kütlesi 511 keV olup, 5 tane elektronun kütlesi bu sayının 5 katı kada..
Görsel Telif:

Kütle, kuantumlanmış olduğu (belli bir değerin katları biçiminde arttığı) saptanan ilk maddesel özellikti. Örneğin bir elektronun kütlesi 511 keV olup, 5 tane elektronun kütlesi bu sayının 5 katı kadar olur. Elektron sayısına bağlı olarak, daima 511 keV’in tamsayı katları olan değerler bulunur. Kütle kuantumlanmasını genelde kuantum mekaniksel olarak algılamayız çünkü bize garip gelmez; ama bu tamamen kuantum mekaniksel bir etkidir. Her ne kadar zihnimizde elektronlar minik bilyeler olarak belirse de, bugün artık biliyoruz ki onlar dalga benzeri şekilsiz bulutlar. Bu yüzden kütlenin her parçacık türü için belli ve sabit olması o kadar da anlaşılır bir durum olmaktan çıkıyor. Kütle kuantumlanması elektronu betimleyen dalga eşitliğinden kaynaklanıyor. Ancak farklı denklemlere uyan madde türleri de olabilir.

Büyük halini görmek için üzerine tıklayın.

Büyük halini görmek için üzerine tıklayın.

Buna bir örnek olarak “değilparçacık” (unparticle) verilebilir. Adından anlaşıldığı gibi değilparçacık, parçacığa benzemez. Bir parçacığın enerji ve momentumu değişebilir, ama kütlesi hep sabit kalır. Değilparçacıklar ise böyle değildir; üç özelliği de (kütlesi, enerjisi ve momentumu) eşit ölçüde yükselir ya da alçalır. Değilparçacıklar, kütleleri sıfır olmadığı halde ölçekten bağımsız olan hipotetik bir madde formudur. Hepsi kütleli olup, birlikte ölçekten bağımsız görünürler ve bir anlamda kütleleri sıfırmış gibi davranırlar. Değilparçacıkların yükleri ve spinleri sabit olup, kütleleri gözlemcinin bakış ölçeğine bağlı olarak değişir.

İlk olarak 2007 senesinde Harvard Üniversitesi‘nden Howard Georgi tarafından ortaya atılan değilparçacık, hiç bir parçacık alanının taşıyamayacağı alışılmadık özellikler taşıyan, ölçek değişmezliği olan bir alan. Ölçek değişmezliği, basitçe söylemek gerekirse, ne kadar yakından bakılırsa bakılsın aynı kalış anlamına geliyor. Elbette bu bizim görmeye alışık olduğumuz nesnelerde rastlanmayan, fraktal yapılarda görülen bir durum. Çevremiz ise değişik ölçeklerde değişik görünümler sunan, atomlardan kuarklara kadar inen, dağlardan galaksilere kadar çıkan bir yapıdadır.

2011 yılında Çin’in Şangay kentindeki Jiao Tong Üniveristesi‘nden Xiao-Gang He ve ekibi tarafından yapılan bir çalışmada (Journal of Physics Letters B, DOI: 10.1016/j.physletb.2011.03.001), değilparçacıkların doğadaki madde-antimadde eşitsizliğinde de rol oynuyor olabileceği ileri sürülmüştü. Şöyle ki, evrendeki tüm parçacıklar saf enerji hâlindeki ışık parçacıkları olan fotonların, parçacık-antiparçacık çifti biçimine bürünmesi ile oluşmaktadır. Dolayısıyla var olan her bir parçacığın ikizi olan bir antiparçacık da evrende var olmuştur. Fakat şu anda çevremize baktığımızda her şeyin maddeden oluştuğunu, hiç antimadde olmadığını görüyoruz. Bir şekilde evrende antimaddenin maddeye dönüşmesi yönünde bir eğilim olduğu anlaşılıyor.

Örneğin madde ve antimadde formları arasında sürekli dönüşmekte olan B mezonlarından anti-B’ler B’lere daha fazla dönüşmektedir. Çinli fizikçiler, değilparçacıkların bu B mezonlarının yaşam süresini nasıl etkileyebileceğini hesapladı. Çünkü kuantum mekaniğine göre eğer bir şey var ise, onun “sanal” versiyonu da var olmalıdır. İşte böyle geçici “sanal değilparçacıklar” varolup kaybolurken B mezonlarına etki edebilir ve bu etki madde ile antimadde parçacıkları için farklı ise söz konusu dengesizliğe yol açabilir.

New Journal of Physics dergisinin son sayısında yayımladıkları makalede ise Almanya’nın Dresden kentindeki Max Planck Enstitüsü‘nden fizikçiler James LeBlanc ve Adolfo Grushin, değilparçacık aracılığı ile oluşan süperiletkenliği ele alıyor. “Süperiletkenliğin tüm biçimlerini anlayabilmek, hâlâ modern fiziğin peşinde koştuğu efsanelerin başında geliyor,” diyen Grushin şöyle devam ediyor: “Bu şaşırtıcı görüngünün nasıl ortaya çıktığına ilişkin yeni yollar ortaya atmak, malzemelerin nasıl süperiletken olabileceği bilgisinin sınırlarını genişletmek için büyük önem taşıyor. Değilparçacıkların süperiletkenliğe nasıl katkıda bulunduğunu betimleyerek, muhtemelen değilparçacıkların bulunması için yeni bir yol yapılandırmış olduk. Dahası, yaklaşımımızın yeniliği ve genişliği diğer araştırmacıların da doğada bu yeni tür süperiletkenliği aramasına esin kaynağı olabilir.”

Temel süperiletkenlik kuramı, metaldeki elektronlar arasında bulunan çok küçük çekime bağlı olarak, elektronların Cooper çiftleri oluşturması ile ilgilidir. Bazı süperiletken malzemelerde, elektronların birbirlerine fononlar ile bağlandığı düşünülür. Bununla birlikte, pek çok malzemede bu çiftlenmeye neden olan mekanizma hâlâ iyi anlaşılamamıştır. Çifti birlikte tutan yapıştırıcı nedir? Net olan bir şey varsa, o da elektronların çift oluşturması ve sıfır dirençle ilerlemeleri için, çok karmaşık bir davranış sergilemeleri gerektiğidir. Makalede LeBlanc ve Grushin bu karmaşık elektron davranışının, değilparçacıkların varlığından kaynaklanıyor olma olasılığını inceliyor.

Makalede fizikçiler eğer süperiletkende değilparçacıklar varsa, bunların Cooper çiftlerinde yapıştırıcı görevi görerek, normal elektronların çiftlenmelerine yardımcı olabileceklerini gösteriyor. Sonuç olarak malzeme süperiletken duruma geliyor. Değilparçacık aracılıklı süperiletkenliğin, geleneksel fonon aracılıklı süperiletkenlikten çok farklı olacağını belirtiyorlar. Ayrıca bu senaryodaki tüm parçacıklar kütleli olduğundan, her şey kütlesiz yapışkan parçacık düşüncesinden farklı oluyor. “Kütlesi olan, çok tuhaf bir yapıştırıcı öne sürmüş olduk. Böylece hem yapıştırıcı hem de bağ kuvveti (süperiletkenliğin gücü) farklılaştı. Yapıştırıcı parçacık olduğunda süperiletkenliğin oluşmadığı durumlarda da, yapıştırıcı değilparçacık olduğu için süperiletkenlik elde edebiliriz; yüksek sıcaklıklı süperiletkenler gibi,” diyor LeBlanc.

Değilparçacıklar deneysel olarak hiç gözlemlenmemiş olsa da, fizikçiler deneylerle onların izini sürmeye devam ediyor. “Değilparçacıkların gözlemlenmesi kolay değil, çünkü yoğunlukları yok. Dolayısıyla, yakınlarındaki diğer parçacıklara bakıp, onların tepkilerinden değilparçacıkların var olduğu çıkarımı yapılabilir,” diyor LeBlanc.

 


Kaynaklarve İleri Okuma:

  • Phys.org. “Unparticles may provide a new path to superconductivity” <http://phys.org/news/2015-04-unparticles-path-superconductivity.html>
  • iopScience. “Unparticle mediated superconductivity” <http://iopscience.iop.org/1367-2630/17/3/033039/article>
  • Phys.org. “Professor proposes theory of unparticle physics” <http://phys.org/news100753984.html>
  • FermilabToday. “Unparticle physics” <http://www.fnal.gov/pub/today/archive/archive_2014/today14-10-23.html>

Bu içerik BilimFili.com yazarı tarafından oluşturulmuştur. BilimFili.com`un belirtmiş olduğu “Kullanım İzinleri”ne bağlı kalmak kaydıyla kullanabilirsiniz.

Etiket
  • Projelerimizde bize destek olmak ister misiniz?
  • Dilediğiniz miktarda aylık veya tek seferlik bağış yapabilirsiniz.
  • Destek Ol
Yorum Yap (0 )

Yorum yapabilmek için giriş yapmalısınız.

Bunlar da ilginizi çekebilir

Bağış Yap, Destek Ol!
Projelerimizde bize destek olmak istersen
Patreon üzerinden
aylık veya tek seferlik bağışta bulunabilirsin.
E-Bülten Üyeliği
Duyurulardan e-posta ile
haberdar olmak istiyorum.
Reklam Reklam Ver
Arşiv