Viyana'daki kuantum gazı klasik fiziğin kurallarını çiğniyor

TU Wien'de yürütülen çalışmalar, kuantum gazının sıradan maddelerde gözlenen davranışlardan ne kadar farklı olabileceğini ortaya koymaktadır. Binlerce rubidyum atomunun dikkatle kontrol edilen manyetik ve optik alanlar aracılığıyla tek bir çizgi boyunca hareket etmesi sağlanan deneyde, araştırmacılar şaşırtıcı bir bulguya ulaştılar. Hem kütle hem de enerji, normal koşullarda görülen sürtünme veya enerji kaybı olmaksızın serbestçe ilerleyebildi. Science dergisinde yayımlanan bu sonuçlar, atomlar arasında muazzam sayıda çarpışma meydana gelmesine rağmen akışın sabit kalması gerektiğini göstermektedir.

Taşıma fenomeninin iki farklı türü

Günlük yaşamda taşıma, bir nesnenin bir yerden başka bir yere hareketini ifade eder. Elektrik akımının bir tel boyunca ilerlemesi, ısının metal içinde yayılması veya suyun bir boru içinde akması gibi örnekler bu kavramın çeşitli uygulamalarını temsil eder. Her durumda, akışın davranışı yük, enerji veya kütlenin bir malzeme içinde ne kadar serbestçe hareket edebildiğine doğrudan bağlıdır. Normal koşullar altında, çarpışmalar ve sürtünme gibi etkileşimler direnç yaratır ve bu da akışları kademeli olarak zayıflatır veya tamamen durdurur.

TU Wien'deki Atominstitut'tan Frederik Møller, taşıma olgusunun temelde iki farklı şekilde gerçekleştiğini açıklamaktadır. Birinci tür olan balistik taşıma, parçacıkların serbestçe hareket ettiği ve iki kat zamanda iki kat mesafe kat ettiği durumları kapsar. Düz bir çizgide ilerleyen bir mermi gibi davranış gösteren bu taşıma türü, engelsiz hareketin en saf halidir. İkinci tür ise difüzif taşımadır ve birçok rastgele çarpışmadan kaynaklanır. Isı iletimi bu tür bir difüzif sürecin klasik örneğidir; sıcak parçacıklar daha soğuk olanlarla karşılaştığında, ortalama olarak hepsi aynı sıcaklığa sahip olana kadar kademeli olarak enerji ve momentumu paylaşırlar. Møller'e göre bu tür taşıma doğrusal değildir ve iki kat mesafe kat etmek için tipik olarak dört kat daha uzun bir süreye ihtiyaç duyulur.

Kuantum gazının mükemmel iletkenlik göstermesi

TU Wien'deki deneysel çalışmada, kuantum gazı tamamen farklı bir davranış sergiledi. Møller, atomik akımı inceleyerek difüzyonun pratikte tamamen bastırıldığını gözlemlediklerini belirtmektedir. Bu bulgu, gazın mükemmel bir iletken gibi davrandığını göstermektedir; atomlar arasında sayısız çarpışma meydana gelmesine rağmen, kütle ve enerji gibi nicelikler sisteme dağılmadan serbestçe akıyor. Bu durum, sıradan malzemelerde görülen davranıştan radikal biçimde ayrılmaktadır.