Sıvı ve katıların atomik etkileşimleri o kadar karmaşık bir yapıya sahip ki kimi malzemelerin özellikleri fizikçileri bile epeyce zorluyor. Hatta bazen matematiksel olarak sorunları çözmek, çağdaş bilgisayarların da yeteneklerinin ötesinde kalıyor. Bu yüzden Princeton Üniversitesi’ndeki bilim insanları, alışılmadık bir geometri branşına yüzlerini döndü.
Elektrik mühendisliği profesörü Andrew Houck önderliğindeki araştırmacılar, hiperbolik bir düzlemde parçacık etkileşimlerini simüle eden bir yonga üstünde elektronik bir dizi oluşturdular. Aslına bakılırsa hiperbolik bir düzlemi tasavvur etmek epeyce zor ancak parçacık etkileşimleri hakkındaki soruların ve öbür zorlayıcı matematiksel soruların yanıtları için eksiksiz bir yol.
Araştırma takımı, hiperbolik uzay fonksiyonu gören bir örgü yaratmak için muhteşem iletken devreler kullandılar. Araştırmacılar, örgünün içerisine fotonları soktuklarında cevaplanması sıkıntı soruları simüle edilmiş hiperbolik uzaydaki foton etkileşimlerini gözlemleyerek cevaplayabileceklerdi.
4 Temmuz’da Nature mecmuasında yayınlanan araştırmanın başyazarlarından Houck, “Parçacıkları birlikte atabilir, ortalarındaki denetimli ölçüdeki etkileşimi açabilir ve çıkan karmaşıklığı görebilirsiniz” ifadelerini kullandı. Araştırmanın başyazarlarından Alicia Kollar ise amacın araştırmacıların kuantum etkileşimleri konusundaki karmaşık soruların üstüne gidebilmesini sağlamak olduğunu söz etti.
Kollar, “Sorun, hayli karmaşık bir kuantum mekaniği gereci üzerinde çalışmak istiyorsanız bilgisayar modellerinin epey güç olması. Donanım düzeyinde bir model uygulamaya çalışıyoruz. Böylelikle tabiat, hesaplamaların güç kısmını sizin için halledecek” dedi.
Santimetre mertebesinde bir büyüklüğe sahip olan yonga, muhteşem iletken rezonatör devresiyle dağlanmış. Böylelikle mikrodalga fotonlarının hareket etmesi ve etkileşime geçmesi sağlanıyor. Çipin üstündeki rezonatörler, yedigen örgü deseni içinde ayarlanmış. Böylelikle hiperbolik düzlemdeki alışılmadık geometri simüle edilebiliyor.
Houck, “Normal bir 3B uzayda, bir hiperbolik yüzey var olamaz. Bu malzeme, laboratuvar ortamında kıvrımlı uzay ve kuantum mekanikleri karşımı hakkında düşünmeye başlamamıza müsaade veriyor” diyor.
Düz bir yüzeyin üstüne hiperbolik uzayı sıkıştırmanın tesirlerini simüle etmek isteyen araştırmacılar, eş düzlemli frekans yönlendiricisi rezonatörü ismi verilen özel bir cins rezonatör kullandılar. Mikrodalga fotonları bu rezonatörün içinden geçtiğinde, yörüngeleri düz ya da dolambaçlı olsun birebir davranışı gösterdiler.
Yonganın merkezindeki yedigene bakmak, balıkgözü kameraya bakmakla benzeri sonuçlar veriyor. Alanın sonundaki nesneler, merkezdekinden daha küçük gözüküyor yani yedigenler de merkezden uzaklaştıkça ufak görünmeye başlıyor.
Yonganın kıvrımlı uzayı simüle edebilme yeteneği, kara deliklerin etrafındaki bükülmüş uzay ve vakitteki güç ve unsurların özellikleri de dâhil olmak üzere kuantum mekaniğinde yeni araştırmaların yapılabilmesini sağlıyor. Malzeme, ayrıyeten irtibat ağları ve matematiksel çizgi kuramındaki karmaşık ağların bağlantısını anlamada da kullanılabilir. Lakin tüm bunların başarılması ve daha da ileri taşınması için Kollar ve çalışma arkadaşlarının, fotonik gereci geliştirmesi gerekiyor.
