“Eynşteyn problemi”nə yeni yanaşma gözlənilməz fizikanı üzə çıxarıb

2023-cü ildə riyaziyyat dünyasında böyük maraq doğuran “Eynşteyn problemi” indi fizikanın tamamilə fərqli sahəsində gözlənilməz nəticəyə gətirib çıxarıb. Tədqiqatçılar bu problem üçün yaradılmış qeyri-periodik “Smith hat” formasını nanoölçüdə hazırlayaraq lazer işığı ilə sınaqdan keçiriblər. Nəticədə adi kvazikristallarda müşahidə olunmayan xüsusi optik davranış aşkarlanıb. Tokio Universitetinin Sənaye Elmləri İnstitutunun və digər qurumların alimləri müəyyən ediblər ki, bu həndəsi quruluş işığın difraksiyası zamanı xiral optik reaksiyalar yarada bilir. Başqa sözlə, yaranan işıq nümunələri quruluşun güzgü simmetriyasının olmaması ilə əlaqəli xüsusi “sağ və ya sol istiqamətli” xüsusiyyət nümayiş etdirir.

Tədqiqatın nəticələri Nature Communications jurnalında dərc olunub.

“Eynşteyn problemi” nədir?

Buradakı “Eynşteyn problemi” Albert Eynşteynin fizika ilə bağlı nəzəriyyələrindən deyil, uzun illər riyaziyyatçıları düşündürən bir mozaikalaşdırma problemindən bəhs edir.

Məsələ belədir: tək bir həndəsi fiqurdan istifadə etməklə bütün səthi elə örtmək mümkündürmü ki, heç vaxt təkrarlanan naxış yaranmasın? Arı pətəyindəki altıbucaqlılar və dama taxtası kimi adi naxışlar müəyyən fasilələrlə təkrarlanır. Lakin qeyri-periodik mozaikalaşdırmada eyni fiqurlar səthi tamamilə örtür, amma nəticədə heç bir sabit təkrarlanan naxış əmələ gəlmir.

Smith hat adlı forma 2023-cü ildə bu problemin ilk həlli kimi təqdim edilmişdi. Lakin riyazi problemin həlli başqa bir sual doğurdu: bu qeyri-adi həndəsi quruluş fiziki dünyada hansı xüsusiyyətləri yarada bilər?

Tədqiqatçılar bu sualı araşdırmaq üçün elektron-şüa litografiyasından istifadə edərək silikon nitrid təbəqələri üzərində nanoölçülü “Smith hat” strukturları hazırlayıblar.

Daha sonra həmin strukturlar lazer işığı ilə işıqlandırılıb və işığın materialla qarşılıqlı təsiri nəticəsində yaranan difraksiya nümunələri təhlil edilib. Nəticə gözlənilməz olub.

Adi kvazikristallarda müşahidə olunan difraksiya davranışından fərqli olaraq, yeni strukturlar fırlanan çarxa və ya spiralvari pərvanəyə bənzəyən nümunələr yaradıb. Alimlər bildirirlər ki, bu nümunələr aperiodik quruluşun xiral xarakterini birbaşa əks etdirir. Tədqiqatın aparıcı müəllifi Yuto Moritakenin sözlərinə görə, “Smith hat” ilk baxışda nizamsız görünsə də, əslində onun arxasında altıbucaqlı qəfəs strukturu dayanır. Tədqiqatçılar məhz bu qeyri-adi həndəsənin gözlənilməz fiziki hadisələr yarada biləcəyini araşdırmaq istəyiblər.

Alimlər daha bir maraqlı xüsusiyyət müəyyən ediblər: optik effekt sabit deyil. İşığın quruluşa hansı istiqamətdən düşməsi və onun qütbləşməsi dəyişdirildikdə difraksiya nümunəsi də dəyişir.

Tədqiqatçılar həmçinin strukturların güzgü əkslərini hazırlayıblar. Bu zaman optik davranışın da əks istiqamətdə dəyişdiyi müşahidə olunub. Bu nəticə quruluşun həndəsi simmetriyası ilə onun işığa reaksiyası arasında birbaşa əlaqə olduğunu göstərir. Baş müəllif Masaya Notomi bildirir ki, difraksiya nümunələrinin özünün xiral olması strukturda güzgü simmetriyasının olmaması ilə bağlıdır. Tədqiqatçıların fikrincə, bu optik reaksiya adi kvazikristal materiallarda müşahidə olunan davranışdan əsaslı şəkildə fərqlənir.

Alimlər hesab edirlər ki, monotil, yəni tək bir fiqurla yaradılan belə qeyri-periodik strukturlar gələcəkdə işığın idarə edilməsi və qütbləşməsinin tənzimlənməsi üçün istifadə oluna bilər.

Bu cür strukturların daha inkişaf etdirilməsi yeni nəsil optik cihazların hazırlanmasına da töhfə verə bilər.

Tədqiqatın daha geniş əhəmiyyəti isə ondadır ki, əvvəlcə sırf abstrakt riyazi problemin həlli üçün yaradılmış bir həndəsi fiqur nanoölçüdə fiziki sistemə çevrildikdə ənənəvi kvazikristallardan fərqli optik xüsusiyyətlər nümayiş etdirib.

Beləliklə, “Eynşteyn problemi” yalnız riyaziyyatın həll edilmiş tapmacası olaraq qalmır. Onun arxasında duran qeyri-periodik həndəsə işığın davranışını idarə etmək üçün yeni fiziki imkanların araşdırılmasına da qapı aça bilər.

mənbə:  scitechdaily.com