Yeni Bir Cihaz ile Mutlak Sıfıra Bir Adım Daha Yakınız!

Tuhaf şeyler bilimin sınırlarında olur.

0° Kelvin ya da -273.15°C olan ve parçacıkların mümkün olan en düşük hareketliliğe ulaştığı nokta olan mutlak sıfır, bu sınır teorileştirildiğinden beri bilim adamlarını meraklandırıyor.

Mutlak sıfıra ulaşmanın imkansız olduğu söylenebilir. Bir gazdan soğutmak için ısı alırsanız, ısıyı yok etmek için gereken iş artacaktır. Bu sıcaklıkta eklenmiş sıcaklığı yok etmek için gereken iş ise sonsuza ulaşacaktır.

Ancak, buna rağmen bilim insanları denemekten vazgeçmiyor. Geçtiğimiz günlerde Basel Üniversitesi'ndeki bir grup, bizi soğuğun sınırlarına, mutlak sıfırın yakınlarındaki tuhaf fiziğe, hiç yaklaşmadığımız kadar yaklaştırabilen bir cihaz geliştirdi.

Ekip, 2.8 millikelvin'e kadar soğutulabilen bir nanoelektronik çip geliştirdi. Cihaz, çipin elektrik bağlantılarını 150 mikrokelvin'e düşürmek için uygulamalı manyetik bir alan aracılığıyla manyetik soğutma kullanıyor.

Ekip aynı zamanda ısıyı ölçmek için tasarlanan manyetik alan sistemi kullanarak bir termometreyi soğuttu ve bu şekilde çipi yedi saat boyunca soğuk tuttu. Bu zaman dilimi; ekibin, bu oldukça soğuk olan bölgeyi keşfetmesini sağladı.

Çipin kendisi her ne kadar etkileyici olsa da, bu deneyde ondan daha heyecan verici noktalar var.

Bu çip, mutlak sıfır'a yakın noktalarda neler olduğunu daha iyi anlamamız için oldukça büyük bir potansiyel taşıyor. Bu potansiyel, araştırmacılar cihazı geliştirmeyi hedeflediği sürece büyümeye devam edecektir.

Geçtiğimiz yıl içerisinde, bir nesneyi teorik olarak ne kadar soğutabileceğimizin gözlemlenebilir sınırı (kuantum tepki limiti* olarak da bilinir) deneyler yapılarak sorgulandı.

Araştırmacılar bir nesneyi kuantum tepki limitinin iki desibelden daha fazla altında iterek bir kuantumun beşte birinden daha azına kadar soğutabilmeyi başardı.

Ancak daha sonra, mutlak sıfıra kadar soğutmanın matematiksel olarak imkansız olduğunu göstererek termodinamiğin üçüncü yasasını* kanıtlamış oldular.

Deneysel olarak ulaşılması zor olduğu için, mutlak sıfırın farklı fiziksel özellikleri henüz keşfedilememiştir.

Bu yeni, fazlasıyla soğuk bölgeyi araştırma yeteneğimizle hala bu derecelerdeki fizik hakkında öğreneceğimiz çok şey var.

Buna ek olarak, mutlak sıfırın anlaşılması, modern elektroniği potansiyel olarak geliştirebilir.

Transistörlerin performansı, sıcaklıktan büyük ölçüde etkilenir. Geleneksel transistörler, fazla ısınırlarsa birçok problemle karşılaşabilirler.

Bilgisayarlarda, akıllı cihazlarda ve diğer piyasada bulunan elektronik cihazlarda kullanılan transistörlerin, mutlak sıfırın yakınlarında olduğu gibi son derece düşük sıcaklıklarda çok daha verimli olduğu görülmüştür.

Aşırı düşük sıcaklıkların kullanımı sadece ev elektroniğini geliştirmekle kalmaz, aynı zamanda evrenin uzak noktalarını keşfetmek için kullandığımız teknolojileri de destekleyebilir. Uzay görüntüleme için üretilen kızılötesi kameralar, maksimum hassasiyetle ancak mümkün olan en düşük sıcaklıklarda çalışabileceklerdir.

Bu sıcaklıklar, ilerleyen medikal görüntüleme teknolojilerinde de çok önemli gelişmeler sağlayabilir.

*Termodinamik Üçüncü Kanunu: “Bir ideal kristalin entropisi, mutlak sıfır kelvinde, tam olarak sıfıra eşittir.” Yani -273.15 santigrat derecede, ideal kristalin entropisi tam olarak sıfıra eşit olmaktadır ve madde bu sıcaklıkta sabit ve hareketsizdir. Bu sıcaklık uzay sıcaklığına da denktir. Bu açıklamaya, "Tofur kanunu" da adı verilir.
*Kuantum Tepki Limiti: Quantum Backaction Limit

Çeviri: Ayşe Ege Palaz



Referanslar:

1.ScienceAlert, "New device lets scientists explore the weird physics near absolute zero"
<http://www.sciencealert.com/new-device-lets-scientists-explore-the-weird-physics-near-absolute-zero>
2.Futurism, "Device scientists explore physics near absolute zero"
<https://futurism.com/device-scientists-explore-physics-near-absolute-zero/>

Ayşe Ege Palaz

Dokuz Eylül Üniversitesi Mütercim Tercümanlık öğrencisi, Grafik tasarımcı.

Ayşe Ege Palaz 6 makale yazdıAyşe Ege Palaz tarafından yazılan tüm makaleleri gör