Fizikçilere bir artı birin ille de iki yapması gerekmediğini gösteren, Hintli fizikçi Satyendra Nath Bose kuantum mekaniği ile ışık ve madde kuramına giden yolu açmıştır. Günümüzde adı Albert Einstein ile Bose-Einstein Yoğuşması üzerine yaptıkları çalışmasıyla bilinmektedir. Parçacık fiziğinde, bozonlar Bose-Einstein yoğunlaşmasına uyan parçacıklardır; Satyendra Nath Bose ve Einstein’a atfen isimlendirilmişlerdir. Günümüzde, Bose’un adıyla anılan bozonların istatistikleri, birçok malzemede çok düşük sıcaklıklarda meydana gelen süperakışkanlık veya süperiletkenlik gibi şaşırtıcı kuantum etkilerini açıklayan istatistiklerdir.
Birlikte hareket eden çok sayıda parçacığın davranışını tarif edecek istatistikler ne tür parçacıklarla uğraştığınıza bağlıdır. Fotonlar birbirlerinden ayırt edilemezler ve foton dünyasında fotonların istatistiki davranışı kendi aralarında enerji paylaşımını etkiler. Foton davranışının başka şaşırtıcı özellikleri de vardır. Fotonlar korunmazlar. Odanızın duvarları, gözleriniz, dünyanın yüzeyi vs. fotonları durmadan soğurur. Yani evrendeki foton sayısı durmadan değişir. Bu, parçacık elektronların davranışına hiç benzemez. Evrendeki toplam elektron sayısı her zaman aynıdır. Bu nedenle elektron gibi parçacıklar için farklı bir tür istatistik geçerlidir. Kuantum fizikçileri buna Enrico Fermi ve Paul Dirac’ın çalışmalarına istinaden “Fermi-Dirac” istatistikleri der. Bose-Einstein istatistiklerine uyduğu bilinen foton gibi parçacıklar da topluca “bozon” olarak bilinir. Fermi-Dirac istatistiklerine uyan elektron gibi parçacıklara ise “fermiyon” denir.
Bose-Einstein Yoğuşması Nedir?
Etrafımıza baktığımız her yerde maddeyi görürüz. Bu makaleyi okuduğunuz cihaz, soluduğumuz hava ve dünyadaki tüm yaşam maddeden oluşuyor. Madde de elbette atomlardan oluşur. Ancak maddenin çok farklı biçimler aldığını görmemizin nedeni, birçok farklı durumda var olmasıdır. Genel olarak madde, klasik koşullarda belirli bir sayıda haldedir. Ancak uç koşullara maruz kaldığında maddenin tamamen farklı hallerde davranır.
İşte böyle bir madde hali, az evvel kısaca aktardığımız gibi Satyendra Nath Bose ve Albert Einstein tarafından keşfedildi. Bu nedenle maddenin bu durumuna Bose-Einstein Yoğuşması adı dendi. Maddenin dört halini biliriz. Katı, sıvı, gaz ve plazma. Ancak Bose-Einstein Yoğuşması hakkında konuştuğumuzda, standart fiziksel koşullardan bahsetmeyiz. Bu nedenle, Bose-Einstein Yoğuşmasını daha iyi anlamak için bir atomun kuantum fiziğine girmeliyiz.
Kuantum fiziği her atomun kendi kimliğine sahip olduğunu belirtir. Her atomun kendine özgü bir dalga boyu vardır (çünkü bir dalga gibi davranır) ve bir parçacık olarak kendi bireyselliği vardır. Bir atomu diğerinden belirli nitelikler sayesinde ayırt edebiliriz. Bose-Einstein Yoğuşması hakkında konuşurken bu fikri aklımızda tutmalıyız. Çoğumuz, -273 °C veya 0 K olan Mutlak Sıfırdan daha düşük bir sıcaklık olmadığını biliyoruz. Mutlak Sıfır, atomların enerjisinin olmadığı ve hareketin tamamen durdurduğu sıcaklıktır. Peki, düşük yoğunluklu bir gazı Mutlak Sıfırın sadece biraz üzerindeki sıcaklıklara soğuttuğunuzda ne olur? Bu sorunun cevabı Bose-Einstein Yoğuşmasıdır.
Bose-Einstein yoğuşması esnasında farklı dalga boyları sergileyen birden fazla farklı atoma sahip olmak yerine, tek bir dalga boyu sergileyen tek bir atomu gözlemleriz. Yani bu esnada maddenin diğer tüm hallerinden farklı olarak, tüm atomlar birlikte titreşir. Bu fenomen de kuantum hesaplamanın gerçekleştirilmesini mümkün kılar. Bu da fizik dünyasında yeni ve inanılmaz başarı kapıları açma potansiyeli taşır.
“Bir kuyruklu yıldız gibiydim, bir kere gelmiş ve bir daha geri dönmemiş bir kuyruklu yıldız,” diye yorumda bulunuyordu Satyendra Nath Bose hayatının sonlarına doğru. Fakat o kuyruklu yıldızın saçtığı parlak ışık fizikçilerin 1920’lerdeki düşünme biçimlerini ve o zamandan beri fiziğin ilerleme biçimini değiştirmiştir.
Kaynaklar ve ileri okumalar:
- John Gribbin – Schrödinger’in Yavru Kedileri, syf: 108-113
- Satyendra Nath Bose; https://www.britannica.com
- Bose-Einstein Condensates in Superlattices; https://people.maths.ox.ac.uk/porterm/papers/super.pdf
Matematiksel
Bildirimleri açtığım tek sitesiniz. Tebrik ediyorum, iyi iş çıkarıyorsunuz