Sıcak bir yüzeye dokunduğunuzda, hareket hissedersiniz. Elinizi bir bardak çaya bastırırsanız, sıcaklık parmaklarınızın arasından yayılır. Milyarlarca atomun birlikte vuracağı hissi budur. Küçük titreşimler, termal enerjiyi sudan bardağa ve daha sonra cildinize taşır; çünkü bir molekül bir sonrakine çarpar ve üçüncüye bakım gönderir.
Isı ayrıca uzayı radyasyon dalgaları olarak geçebilir, ancak radyasyon olmadan, diğer moleküllere çarpmak için moleküller içinden geçmesi gereken şeylere ihtiyaç duyar. Vakumların içlerinde "malzeme" yoktur, bu nedenle ısıyı hapsetme eğilimindedirler. Örneğin, Dünya'nın yörüngesinde, en büyük mühendislik zorluklarından biri, bir roket gemisinin nasıl soğutulacağını bulmaktır.
Ancak şimdi araştırmacılar, mikroskopik ölçeklerde, bunun gerçekten doğru olmadığını gösterdiler. Nature dergisinde 11 Aralık'ta yayınlanan yeni bir makalede fizikçiler, küçük ısı titreşimlerinin yüzlerce nanometrelik boş alanı geçebileceğini gösterdi. Deneyleri kuantum boşluğunun esrarengiz bir özelliğini sömürdü: Gerçekten hiç boş değil.
Çalışmanın baş yazarı Hao-Kun Li, "İki nesnenin, örneğin yüzlerce nanometrelik boş bir alanda birbiriyle" konuşabildiğini "gösterdik. Li, Berkeley'deki California Üniversitesi'nde doktora öğrencisiyken Stanford Üniversitesi'nde fizikçi olarak çalıştı.
Yüzlerce nanometre insan açısından sonsuz küçük bir alandır - milimetrenin birkaç binde biri veya tipik bir virüsten biraz daha büyüktür. Ancak bu, en azından basit ısı transferi modellerine göre, ısının geçmesi için çok büyük bir boşluk.
2011 yılında araştırmacılar, kuantum vakumun kendisinin ısının moleküler titreşimlerini taşıyabileceğini düşünmeye başladılar. Applied Physics Letters dergisinde yayınlanan bir makale, kuantum fiziğinde vakumun enerjiyle dolu bir yer olarak anlaşıldığına dikkat çekti. Maddede ve enerjide rastgele dalgalanmalar ortaya çıkar ve sonra genellikle insanların hayal edebileceğinden çok daha küçük ölçeklerde kaybolur.
Bu dalgalanmalar kaotik ve öngörülemez. Ancak, bir boşluk boyunca bir fonon olarak bilinen kuantum uyarımı şeklinde bir ısı dalgası taşımak için basamak taşları gibi davranabilirlerdi. Eğer birkaç inçlik geniş bir boşluğu geçmeye çalışan bir fonon olsaydınız, sizi karşı karşıya getirmek için doğru sırada gerçekleşen doğru dalgalanmaların olasılığı o kadar düşük olurdu ki çaba anlamsız olurdu.
Ancak araştırmacılar ölçeği küçültüyorlar ve oranlar artıyor. Yaklaşık 5 nanometrede, bu garip kuantum seksek, ısıyı boş alana aktarmanın baskın yolu haline gelecekti - daha önce enerjinin bir vakumu geçmesi için tek yol olduğu düşünülen elektromanyetik radyasyonu bile aşacaktı.
Yine de, bu araştırmacılar etkinin sadece yaklaşık 10 nanometre ölçeğine kadar anlamlı olacağını tahmin ettiler. Ancak 10 nanometre ölçeğinde bir şey görmek zordur.
"Deneyi tasarladığımızda bunun kolayca yapılamayacağını fark ettik," dedi Li Canlı Bilim'e.
Etki gerçekleşse bile, mekansal ölçek o kadar küçüktür ki, bunu kesin olarak ölçmenin iyi bir yolu yoktur. Bir vakumu geçen ilk doğrudan ısı gözlemini üretmek için UC Berkeley fizikçileri deneyi nasıl artıracağını anladılar.
Li, "Çok yumuşak mekanik membranlar kullanan bir deney tasarladık," yani çok esnek veya esnektir.
Sert bir çelik gitar teli koparırsanız, ortaya çıkan titreşimlerin aynı kuvvete sahip daha elastik bir naylon gitar teli koparırsanız göreceğinizlerden çok daha küçük olacağını açıkladı. Aynı şey deneydeki nano ölçekte de gerçekleşti: Bu ultra elastik membranlar, araştırmacıların, aksi takdirde görünmeyecek olan küçük ısı titreşimlerini görmelerine izin verdi. Araştırmacılar, bu zarlardan dikkatlice ışığı sıçratarak, hareketsiz küçüklükteki boşluğu geçen ısı fonlarını gözlemleyebildiler.
Li, yolun aşağısında, bu çalışmanın hem normal bilgisayarlar inşa eden insanlar hem de kuantum-bilgisayar tasarımcıları için yararlı olabileceğini söyledi.
Li, daha iyi ve daha hızlı mikroçipler inşa etmenin önemli bir probleminin ısının küçük alanlara kümelenmiş devrelerden nasıl dağıtılacağını bulmak olduğunu söyledi.
"Bulgumuz aslında bilgisayar çiplerinden veya nano ölçekli cihazlardan ısıyı dağıtmak için vakumu tasarlayabileceğiniz anlamına geliyor." Dedi.
Vakumu doğru malzemelerle düzgün bir şekilde şekillendirerek ayarlayacak olsaydınız - gelecekte - bir çipten ısıyı çekmede mevcut herhangi bir ortamdan daha etkili olabileceğini söyledi.
Araştırmacıların kullandığı teknikler fononları - titreşimleri kendileri - farklı zarlara dolaştırmak için de kullanılabilir. Bu, kuantum seviyesindeki fononları kuantum fizikçilerinin boşlukta ayrılmış fotonları veya hafif parçacıkları zaten bağladığı şekilde bağlar. Bağlantı kurulduktan sonra fononlar, kuantum bilgisini depolamak ve aktarmak, varsayımsal bir kuantum bilgisayarın "mekanik kubitleri" olarak işlev görmek için kullanılabilir. Ve bir kez soğuduktan sonra, fononların uzun süreli veri depolamada geleneksel kubitlerden daha verimli olması gerektiğini söyledi.
