Evrenin Gizli Üçüncü Kapısı
Şunu hayal et: her şey iki tür parçacıktan oluşuyor. En azından biz uzun süre bunu düşündük. Peki ya bilim insanları birden var olması gerekmeyen bir üçüncü tür bulmuş olsaydı?
Hoş geldin kuantum mekaniğinin çılgın dünyasına. Burada gerçeklik tam anlamıyla tuhaflaşıyor.
İki Tür Parçacık... Diye Sanıyorduk
Fizikçiler çok uzun zamandır biliyorlar ki temel parçacıkları iki kategoriye ayırmak mümkün.
Bozonlar – Bu parçacıklar kuvvetleri taşıyorlar. Fotonlar, gluonlar, bu tip şeyler. Garip tarafı şu: bozonlar birbirlerinin yanında olmaktan hoşlanıyorlar. Kalabalık bir konser salonunda olduğu gibi aynı duruma girip yığılıyorlar. Lazerler neden çalışıyor? Çünkü fotonlar mükemmel senkronizasyonda hareket ediyor.
Fermiyonlar – Bunlar maddeyi oluşturan parçacıklar: elektronlar, protonlar, nötronlar. Bozonlardan farklı olarak fermiyonlar sosyal değiller. Aynı durumu paylaşmayı reddediyorlar. Bu sayede atomlar üzerine çökmüyor ve periyodik tabloda çeşitlilik oluşuyor.
Basit görünüyordu. Bozon ya da fermiyonu seçersin. Hepsi bu.
Ama hiç de öyle değildi.
Boyutlar Tuhaflaştığında
İşte burada işler ilginçleşmeye başlıyor. Bilim insanları fark ettiler ki parçacıkları daha az boyuta sıkıştırdığında garip bir şey oluyor. Mesela iki boyutlu bir yüzeye ya da bir boyutlu bir çizgiye, normal üç boyutlu dünyamız yerine.
Üç boyutlu dünyamızda iki aynı parçacık yer değiştirdiğinde, izledikleri yollar oldukça basit. Onları değiştirirsin ve matematiksel olarak hiçbir şey değişmemiş gibi olur. Sonuç basit sayılar: +1 ya da -1. İşte bu yüzden sadece iki tür parçacık var.
Ama daha az boyutta? Her şey değişiyor.
Parçacıkların bir boyutlu bir çizgide ya da iki boyutlu bir sayfada yer değiştirmeye çalıştığını düşün. Üç boyutta yaptıkları gibi birbirlerinin etrafında özgürce dolaşamıyorlar. Yolları birbirine dolanıyor. Uzayzamanda örülüyorlar ve bu örülmüş durumdan kurtulmak imkansız. İki örülmüş halatı birbirinden ayırmaya çalışmak gibi düşün – basitçe çekerek eski haline döndüremezsin.
Yollar örülü ve karmaşık kaldığında, matematik değişiyor. Aniden parçacıklar yer değiştirdiğinde ne olacağını gösteren sayı artık +1 ya da -1 olmak zorunda değil. Herhangi bir şey olabilir.
Anyonlarla Tanışma
İşte burada anyonlar (herhangi-parçacıklar) devreye giriyor. Bilim insanları bunları 1970'lerde tahmin etmişti ve 2020'de araştırmacılar bunları gerçekten gözlemlediler. Bunlar bozon da fermiyonu da olmayan, ikisinin arasında bir yerde var olan parçacıklar.
Şöyle düşün: bozonlar dışa dönük kişiler, fermiyonlar içe dönük kişiler ise anyonlar ambi-vertler. Normal kuralları takip etmiyorlar çünkü normal kuralların geçerli olmadığı bir gerçeklikte yaşıyorlar.
Yeni Keşif
Okinawa Bilim ve Teknoloji Enstitüsü'nden bir ekip az önce bir araştırma yayımladı. Gösteriyorlar ki anyonlar tek boyutlu sistemlerde de var olabiliyor. Ve daha da harika: bunların özelliklerini ayarlayabiliyor.
Bu çok önemli çünkü kuantum dünyasında bu kurallara aykırı parçacıkların var olabileceği daha fazla yer bulduğumuz anlamına geliyor. Ve heyecan verici kısım bu: ultra soğuk atom sistemlerindeki gelişmelerle yakında bunları laboratuvarda test edebiliyor olabiliriz.
Neden Önemli?
Belki düşünüyorsun: "Tamam güzel, ama bu kurgusal düşük boyutlarda var olan parçacıklarla niye ilgilenmeliyim?"
Çünkü parçacıkların uç koşullar altında nasıl davrandığını anlamak bize gerçekliğin kendisi hakkında temel bilgiler veriyor. Bu keşifler henüz hayal bile edemediğimiz yeni kuantum teknolojilerine yol açabilir. Aynı zamanda fizikçileri evrenin en temel kuralları hakkında bildiklerini yeniden düşünmeye zorluyorlar.
Üstelik evrenin sandığımızdan çok daha garip ve harika olduğunu bulmak gerçekten güzel bir şey. Her şeyi hallettik diye düşünüyorduk ki birden – sürpriz – kuantum âleminde saklı duran bir üçüncü parçacık kategorisi çıktı.
İşte bilimin budur. Kuralları anladığını sandığın anda birisi bir gedik açıyor.
Dürüst olmam gerekirse? Bu kısmı en sevdiğim yer.