En soğuk madde dediğimizde aklımıza buzullar, Antarktika Kıtası veya büyük büyük karlar altındaki dağlar gelebilir. Fakat bunların hiçbiri, birazdan anlatacağım maddenin yanında soğuk olarak nitelendirilemez.

Evrenin En Soğuk Maddesi

Japonya’nın Kyoto şehrinde bulunan Kyoto Üniversitesi’ndeki araştırmacılar tarafından evrenin en soğuk maddesinin Dünya’da olduğu bulundu. Uzun süredir bu konuda çalışmalar yapan araştırmacılar maddeyi mutlak sıfırın (−273.15°C veya 0 Kelvin) milyarda bir derece üstüne çıkararak evrenin en soğuk maddesini keşfettiler. Mutlak sıfır noktası, bir maddenin sahip olabileceği en düşük sıcaklıktır ve bu sıcaklıkta bütün hareketler durmaktadır. Daha önce yapılan çalışmalarda evrendeki en soğuk bölgenin “Bumerang Bulutsusu” olduğu keşfedilmiş ve Bumerang Bulutsusu -273 derece ile mutlak sıfıra en yakın soğukluk olarak kaydedilmişti. Fakat yine de Bumerang Bulutsusu bile söz konusu olan bu madde kadar soğuk değildir. Bu çalışmada bilim insanları iterbiyum (Yb elementi) atomlarının atom altı parçacıklarını lazer yardımıyla yukarıda bahsettiğim sıcaklığa indirerek bu ölçümü yapmayı başardı. Sıkıştırılmış ışık ile tasarlanan bu özel lazerler, enerjiyi çalarak atomları yavaşlatıp yüzeyi bu derece soğutmayı başarıyor. Bu sıcaklık ise uzaydaki yıldızlar arası ortamdan üç milyar kat daha soğuktur. Araştırmacıların bu deneyi nasıl yaptığı ise merak uyandırıyor. Gelin, beraber sorunun cevabına bakalım.

Deneyin Yapılış Süreci

Öncelikle şunu belirtmek gerekir ki, bu kadar düşük sıcaklık seviyelerinde çalışılırken fizik kanunları değişime uğradığı için bu tür deneyleri kuantum mekaniği çerçevesinde incelemek gerekmektedir. Çünkü atomlar, kuantum davranışlarıyla mutlak sıfırın ancak belli bir kısmına kadar soğutulduğunda gözlemlenebilir. Bu nedenle, ultra soğuk atomların kuantum özelliklerinin incelenmesi için atomlar, yirmi beş yıldan daha uzun zamandır lazerlerin yardımıyla soğutulmaktadır.

Bu deneyde, optik bir kafesin içerisinde bulunan 300.000 iteryum atomunun lazerler yardımıyla hareketlerinin durdurulması sağlanarak madde soğutulmuştur. Ayrıca deneyde ilk defa ünlü kuramsal fizikçi John Hubbard’ın ortaya attığı Hubbard modeli kullanılmıştır. Bu model sayesinde araştırmacılar kullanılan maddelerin manyetik ve süper iletkenlik gibi özelliklerini inceleyebilir hale gelmiştir. Buna ek olarak, yine bu model aracılığıyla atomların sıradışı davranışları gözlemlenebilir. Bunlara örnek olarak, elektronların ortak hareketleri, bir maddenin enerji kaybetmeden iletkenlik özelliğinin bulunması (süper iletkenlik) gibi özellikleri söyleyebiliriz. Peki soğuk maddeye neden ihtiyaç duyuluyor? Bu kadar soğuk maddeler çok az bir enerjiyle çevrelerindeki dalgalanmalara çok daha duyarlı ve hassas sensörlerin tasarımı için düşünülebilir. İlaveten, soğuk maddeler hibrit kuantum bilgisayarlarda da kullanılabilir.

Devam eden süreçte ise çalışmayı gerçekleştiren araştırma grubu, mutlak sıfırın milyarda bir derece üstüne çıkılmasıyla ortaya çıkan davranışı ölçebilecek araçlar üzerinde çalışıyor.