Fizikte Beklenmedik Bir Dönüş

Yetmiş yıl boyunca bir şeyin nasıl çalıştığını anlatan aynı kılavuzu kullanıyor olduğunuzu düşünün. Detaylı, sayısız usta tarafından doğrulanmış, hatta Nobel Ödülü almış. Sonra bir gün bilim insanları içeriye baktıkları zaman ortaya çıkıyor ki bu kılavuz eksik. İşte süperiletkenlik alanında tam da bunu yaşanıyor.

Fransa'daki fizikçiler ekibi, süperiletkenler neredeyse sıfır kelvin'e soğutulduğunda içeride ne olduğunun yeni görüntülerini yayımladı. Sonuçlar gerçekten çılgın. Ama en önemli taraf şu: hiç kimsenin beklediği şeyi buldular.

Yıllardır Anlattığımız Hikaye

Biraz geriye gidelim. Süperiletkenlik kuantum dünyasının saf sihir gibi görünen olaylarından biridir. Bazı materyaller çok düşük sıcaklıklara ulaştığında (donma noktasının milyarlarca derece altını hayal edin) garip bir şey meydana geliyor: elektrik içinden hiç direnç olmadan akıyor. Enerji kaybı yok. Isı yok. Sadece mükemmel, sürtünmesiz elektrik akışı.

Bunun sebebi nedir? Elektronlar çiftler halinde birleşmeye başlıyor. Bu eşleşme elektriğin bu kadar rahatça hareket etmesine izin veriyor. Bilim insanları bunu iki dansçının balo salonunun içinde mükemmel uyum içinde hareket etmesi gibi görüyordu—koordineli, akıcı, güzel.

Bu açıklamayı 1950'lerde John Bardeen, Leon Cooper ve John Robert Schrieffer tarafından geliştirilen "BCS teorisi" ortaya çıkarttı. Bunun için Nobel Ödülü kazandılar ve onlarca yıl boyunca en iyi açıklama bu oldu.

Fakat—ve bu büyük bir ama—bu sadece hikayenin bir parçasını anlatıyordu.

Hiç Kimsenin Tam Görebildiği Eksik Parça

BCS teorisinin sorunu şu: elektronların neden çiftlendiğini açıklıyor, ama çiftler arasında ne olduğunu pek açıklamıyor. Temel olarak "Çiftler oluşuyor, bağımsız bir şekilde işlerini yapıyor, işte bu da superleletkenlik" diyor.

Sanki insanların balo salonunda çiftler oluşturduğunu bilmek, ama onların birbirlerine nasıl çarpmadıklarını hiç anlamamak gibi bir durum.

Yıllar boyunca fizikçiler başka bir şeyin dönüp durduğundan şüpheleniyordu. Çiftlerin teorinin iddia ettiği kadar bağımsız olmayabilecekleri hissediliyordu. Fakat gerçekten bu davranışı görmek? Bunun için tamamen farklı bir yaklaşım gerekiyordu.

Nasıl İçeriye Bakabildiler

İşte burada yaratıcılık devreye girdi. Araştırmacılar gerçek süperiletkenler içinde gerçek elektronları incelemek yerine (ki bu neredeyse imkansız olurdu) Paris'teki Laboratoire Kastler Brossel'deki ekip atomları kullandı. Özel olarak lityum atomları, sıfır kelvin'in sadece birkaç milyardbir derece üstüne soğutulmuş.

Bu sıcaklıklarda bu atomlar elektronlarla tamamen aynı şekilde davranıyorlar. Aynı parçacık kategorisinde (fermiyonlar deniyor) yer alıyorlar. Ama avantajı şu: atomlar daha büyük ve daha kolay görülebiliyorlar. Özel bir görüntüleme tekniğini kullanarak bilim insanları tek tek atom çiftlerinin pozisyonlarını fotoğrafladılar.

İşte o zaman şeyler ilginçleşti.

Hiç Beklenmedik Kuantum Dansı

Görüntüler teorinin tahmin etmediği bir şeyi gösteriyordu. Eşleştirilmiş atomlar rastgele saçılı değildi. Aksine, konumları birbirine bağlıydı. Her çift, yakındaki diğer çiftlerden belirli bir mesafe koruyor—sanki balo salonundaki gerçek çiftler gibi birbirlerinin farkında ve çarpmamaya dikkat ediyor.

Bu minik bir detay değildir. Bu ders kitaplarına göre var olması gerekmeyen organize bir davranıştır. Çiftler birbirlerini eşgüdümle koordine ediyor ve bunu doğrudan görmek tarih açısından ilk kez oluyor.

Araştırmanın baş yöneticilerinden Tarik Yefsah bunu çok güzel anlattı: "BCS teorisi bize balo salonunun dışından bir görüş veriyor. Bizim yaklaşımımız ise geniş açılı bir kamerası alıp salona girmek gibi. Şimdi dansçıların nasıl çiftlenip birbirlerine dikkat ettiklerini görebiliyoruz."

Bunun Neden Önemli Olduğu

Peki bununla ilgilenmek zorunda mısınız? Çünkü bu buluş bilimin en büyük hedeflerinden birinin anahtarı olabilir: oda sıcaklığında işleyen süperiletkenler.

Şu anda süperiletkenler sadece pahalı ekipman ve sıvı helyum gerektiren çılgınca düşük sıcaklıklarda çalışıyor. Ama normal sıcaklıkta işleyen süperiletkenler yaratabilseydik ne olurdu? Elektrik şebekelerini devrimci bir şekilde değiştirmek, elektronikleri inanılmaz derecede verimli hale getirmek, elektrikle ilgili her şeyi dünyada yeniden tasarlamak konusundan bahsediyoruz.

Oraya ulaşabilmek için superleletkenliğin temel kurallarını anlamamız gerekiyor. Bu araştırma ise bilmediğimiz bir kuralı ortaya çıkardı.

Daha Geniş Perspektif

Bu bulguya bayılmamın sebebi şu: yetmiş yaşında, Nobel Ödülü kazanmış teorilerin bile eksik olabileceğini hatırlatması. Bilim tüm soruların cevaplarını bilmekle ilgili değildir—daha iyi sorular sormak ve daha dikkatlice bakmakla ilgilidir.

Araştırmacılar bulgularını bilgisayar simülasyonları kullanarak doğruladılar ve sonuçlar deneysel verilerle tamamen uyumlu çıktı. Bu yüzden bu spekülasyon ya da bir kaza değildir. Süperiletkenler içinde daha önceden araçlarımız olmadığı için göremediğimiz gerçek bir şey oluyor.

Teknoloji geliştikçe ve anlayışımız derinleştikçe, kuantum dünyasında başka hangi sürprizler saklanıyor olabilir? Bir sonraki atılım belki de birisi bunu farklı bir açıdan nasıl inceleyeceğini bulduğu zaman bekliyor olabilir.

Bu da bilimin güzel tarafı. Her zaman bir katman daha var.