Kuantum sıvıları ve tarihsel gelişimi

Abstract

Yeterince yüksek sıcaklıklarda ve düşük yoğunluklarda, ikili saçılma dışında her atomun serbestçe hareket ettiği nötr bir atom sistemi düşünün. Böyle bir sistem seyreltik gaz olarak adlandırılır ve tüm fiziksel özellikleri gazların kinetik teorisi ile açıklanabilir. Bu sistemde basınç artırılıp sıcaklık düşürülürse sistem belirli kritik değerlerde 1. tip faz geçişi ile gaz fazından sıvı fazına geçer. Geçiş, tanecikler arasındaki etkileşimin artması nedeniyle gerçekleşir ve tanecikler arasındaki etkileşimin potansiyel enerjisi, taneciklerin kinetik enerjisine hakim olur. Bu geçiş tanecikler arasındaki dinamik etkileşimlerden kaynaklandığı için ortaya çıkan sıvı sisteme Klasik Sıvılar denir. Sıcaklık daha da düşürülürse sistem tekrar 1. tip faz geçişini yaparak katı faza geçer. He-3 ve He-4 izotopları, doğadaki bu klasik faz geçiş şemasına uymazlar. Deneysel gözlemlere göre, sıcaklık yeterince düşürüldüğünde Helyum katı faza geçmez, sıvı fazda kalır. Bunun nedeni Helyum atomlarının kuantum karakteridir. Bu nedenle klasik şemaya uymayan bu sıvılara kuantum sıvıları denir. Helyum izotoplarının yanı sıra metallerde, yarı metallerde ve dejenere yarı iletkenlerde iletim elektronları da kuantum sıvıları olarak incelenebilir. Bu tezde Landau teorisi çerçevesinde yarı parçacık yaklaşımı kullanılarak kuantum sıvılarının temel özellikleri verilecektir. Ayrıca kuantum sıvılarının ortaya çıkışı ve çeşitli sistemlerin kuantum sıvıları çerçevesinde incelenmesinin tarihsel gelişim içinde nasıl olduğu üzerinde durulacaktır. Bu tarihsel gelişim, matematiksel olarak ifade etmek yerine konuya ilgi duyan herkesin anlayacağı şekilde oldukça sade bir şekilde verilecektir Buna göre tezde süperakışkanlık, süperiletkenlik, Bose-Einstein yoğuşması ve kuantum spin sistemlerinin de kuantum sıvıları ile olan ilgisi basitçe anlatılacaktır.