Nature dergisinde yayımlanan ve Technion-İsrail Teknoloji Enstitüsü liderliğinde yürütülen bu çığır açıcı çalışma, ışık demetinin kalbinde yer alan ‘karanlık noktaların’ ışık hızını bile aşabildiğini, adeta uzay-zamanda bükülerek bir anda gözden kaybolabildiğini gözler önüne serdi. Bu keşif, günümüz fiziğini heyecanlandıran bir dönüm noktası olarak kayda geçti.
Çalışmanın özeti ve önemi
Bu deney, takip edilenlerin fiziksel madde ya da bilgi taşıyan sinyaller olmadığını, optik faz tekillikleri olarak bilinen ve bir ışık dalgasının genliğinin tam sıfıra düştüğü karanlık noktalara odaklandı.
Bu karanlık noktalar (girdaplar) herhangi bir kütle taşımadıklarından ve bilgi aktarmadıkları için, görünürdeki hareket hızları Einstein’ın evrensel hız sınırını çiğnemeden aşabiliyor. Fizikçilerin 1970’lerden beri teoride tartıştığı bu durum, tarihte ilk kez gerçek zamanlı olarak görüntülendi.
Malzeme ve yöntem
Bu olağanüstü olayı yakalamak çoğu durumda imkânsıza yakın olduğundan, bilim insanları Bar-Ilan Üniversitesi’nden Prof. Hanan Herzig Sheinfux tarafından sağlanan “hekzagonal bor nitrür” (hBN) adlı özel bir materyal kullandı.
Işık-Ses Melezleri: hBN malzemesinin içinde ışık, malzemenin kendi titreşimleriyle birleşerek hiperbolik fonon-polariton adı verilen melez dalgalar oluşturuyor.
Hızlar ve ölçüm kapsamı
100 Kat Yavaşlama: Bu dalgalar, ışığın vakumdaki hızından tam 100 kat daha yavaş hareket ediyor. Işığın bu şekilde yapay olarak yavaşlatılması, araştırmacılara normalde kaçırılacak kadar hızlı olan olayları mikroskop altında inceleme fırsatı sundu.
Technion Elektron Mikroskobu Merkezi’nde lazerler, opto-mekanik bileşenler ve ultra hızlı bir transmisyon elektron mikroskobunun (UTEM) birleştirilmesiyle devrimsel bir sistem kuruldu.
Bu sistem öyle bir hassasiyete sahip ki:
-20 nanometre uzamsal çözünürlüğe,
-3 femtosaniye (saniyenin katrilyonda biri) zaman çözünürlüğüne ulaşıldı.
Bu sayede araştırmacılar, tek bir ışık dalgası döngüsünün bile içindeki hareketleri görebildi. 21’e 21 mikrometrelik bir alanda, yüzlerce femtosaniye boyunca ışığın haritası çıkarıldı. Tam 285 karede, bu karanlık noktaların doğuşu, birbirlerine yaklaşması ve yok oluşu saniye saniye izlendi.
Topolojik kusurlar ve sonuçlar
Bu karanlık noktalar sadece boşluk değil; matematikte artı veya eksi yüke sahip topolojik kusurlar (girdaplar) olarak kabul ediliyor. Zıt yüklü iki karanlık nokta karşılaştığında, tıpkı madde ve anti-madde çiftleri gibi birbirlerini yok ediyorlar.
Deneyin en büyüleyici anı da burada yaşandı: Zıt yüklü iki tekillik yok olma anına yaklaştıkça, izledikleri rotalar bükülerek sürekli bir uzay-zaman eğrisi oluşturdu. Teoriye göre, bu geometri iki noktadan yok olmadan hemen önce aşırı derecede hızlanmasını gerektiriyordu. Deney tam olarak bunu kanıtladı! Karanlık noktaların hızı, yok olma anında teorik olarak sonsuza doğru fırladı.
Veriler analiz edildiğinde sıradan bir hız dağılımı yerine, ekstrem hızların çok sık yaşandığı şaşırtıcı bir tablo ortaya çıktı:
Ortalama Hız: Deneyde ölçülen ortalama hız saniyede yaklaşık $3.12 times 10^8$ metre olarak kayıtlara geçti. Bu da ışığın vakumdaki hızının tam 1.04 katı anlamına geliyor!
%29 Oranı: İncelenen karanlık noktaların yüzde 29’u ışık hızını aşmayı başardı. Normal şartlarda boşlukta bu oran sadece %0.4 olmalıydı. hBN malzemesinin sıra dışı yapısı, bu çılgın hız rejimini yakalamayı kolaylaştırdı.
Etkiler ve bazı çıkarımlar
Araştırmacılara göre bu sonuçlar sadece optik dünyasını ilgilendirmiyor. Bu tekillikler ve topolojik kusurlar fiziğin birçok alanında karşımıza çıkıyor:
-Süperiletkenlerdeki akı kuantumu,
-Sıvılardaki ve süperakışkanlardaki girdaplar,
-Kristallerdeki dislokasyonlar (kusurlar).
Matematiksel altyapı aynı olduğu için, ışığın içindeki karanlık noktaları izleyerek elde edilen bu kuantum düzeyindeki evrensel harita, gelecekte süperiletken teknolojilerinden kuantum bilgisayarlara kadar pek çok alanda fizikteki köklü sorunların çözülmesine ışık tutabilir.
IŞIKTAN DAHA HIZLI AMA BİLİMİ İHLAL ETMİYOR
IŞK VE SESİN MELEZ DALGASI ZAMANI YAVAŞLATIYOR
ULTRA HIZLI MİKROSKOPLA ZAMANDA YOLCULUK
ÇARPIŞMA ANINDA GELEN ÇILGIN HIZ
IŞIK HIZINDAN ÇOK DAHA HIZLI ÇIKTI
BU KEŞİF GELECEKTE NEYİ DEĞİŞTİRECEK?
Bu keşif, ışığın içindeki karanlık noktaları izleyerek elde edilen kuantum düzeyindeki küresel haritaların, gelecekteki teknolojik gelişmelerde, süperiletkenlikten kuantum bilgisayarlara uzanan pek çok alanda temel sorunların çözümüne katkıda bulunabileceğini gösteriyor.
