Kvant Kilidlənmə (Quantum Levitation)

Kvant Kilitlənməsi(Quantum Levitation),  ən sadə halı ilə cisimlərin(əsasən də ifratkeçiricilərin) Kvant Fizikasının yaratdığı imkanlar sayəsində havada asılı qalmasıdır. Burada əsaslı şəkildə bir sual ortaya çıxır ki, Cazibə Qüvvəsinin olduğu bir sistemdə cisimlər havada necə asılı qala bilir. Bu suala cavab vermək üçün kvant kilitlənməsin mexanizmini bilmək lazımdır ki, onu da aşağıda ətraflı oxuya bilərsiniz.

Yuxarıda qeyd etdiyim kimi, bu hadisəni müşahidə etmək üçün ifratkeçirici maddələrdən istifadə edilir. Elektrik cərəyanını 0 müqavimət ilə keçirən və enerji itkisinə səbəb olmayan maddələrə ifratkeçiricilər (superconductors) deyilir. İfratkeçirici maddələrin özlərinə xas bir xüsusiyyəti vardır, beləki onlar maqnit sahəsini sevmirlər. Diamaqnitlik xüsusiyyətlərindən asılı olaraq xarici maqnit sahəsi obyektin səthində elektrik cərəyanı yaradır və bu, demək olar ki, bütün maqnit sahəsini itələyir. Səthdə yaranan cərəyanın yaratdığı maqnit sahəsi, tətbiq edilən xarici maqnit sahəsini sıfırlayır (Meissner Effect). Ancaq çox-çox incə təbəqəli ifratkeçirici cisimdən istifadə etsək, maqnit sahə xəttləri istifadə etdiyimiz cismimizi kəsəcəkdir.

Kilidlənmiş ifratkeçirici cismin daxilindən keçən maqnit sahə vektorları - Meissner effekti

Cismimizi kəsib keçən maqnit sahəsini bir-birlərində ayrı cizgilər kimi düşünə bilərik ki, buna da “vortex” balonlar adı verilib.  Bu balonlar içərisində ifratkeçirici xassə lokal olaraq qırılır və cisim maqnit cərəyanını balonların içərisində həbs edir. Əslində bunu edərək özünü olduğu pozisiyaya kilitləyir və beləcə maqnitin bir-birini itələyən eyni qütbləri kimi, cisim havada asılı qalır.

Bunu belə də təsəvvür edə bilərik:
Maqnit sahəsinin hər yerində eyni olduğu dairəvi bir maqnit istifadə etdiyimizi fərz edək. Maqnitin üzərinə ifratkeçirici cismi qoyduğumuzda, cismin maqnitin oxları ətrafında sərbəstcə hərəkət etdiyini müşahidə edəcəyik. Eyni hərəkəti reys xəttləri quraraq ya da maqnitin fərqli koordinatda tutaraq da müşahidə edə bilərik. Örnək olaraq, əyri tutsaq yenə də özünü bu pozisiyaya kilitlədiyini görəcəyik. İfratkeçirici cisim bir ox ətrafında fırlandığı müddətcə kilidli qalmağa davam edir. Nəticədə bunu deyə bilərik ki, cismin havadakı vəziyyətinə kilidlənmə prosesi ən sadə halı ilə maqnit itələməyə dayanır.

İndi isə izah etdiyimiz bu prosesdə kvant fizikası harada rol alır ona nəzər salaq və prosesi bir az daha açıqlayaq.
Yuxarıda qeyd etdik ki, bir cisim əgər ifratkeçiricidirsə, elektrik cərəyanını heç bir maneə olmadan keçirir. İşin bu qismi tamamən kvant mexanikasını təməl alır. Belə ki, müəyyən bir kritik temperaturun altında bəzi maddələr ifratkeçiricilik xassəsi göstərir, yəni cərəyanı sıfır müqavimətlə ötürür. Başqa bir deyişlə elektronlar enerji itirmədən hərəkət edir. Bu kvant xassəsi sayəsində ifrat-keçiricilər maqnit sahəsini dəf edə bilirlər. Yəni ondan təsirlənmirlər. 

Kvant kilidlənmənin əsas səbəbi isə Meysner təsiridir. Meysner təsiri, maqnit sahə daxilində qalmış ifratkeçirici maddənin hər zaman xarici maqnit sahəsini dəf etməyə, çıxarmağa çalışdığını söyləyir və beləcə ifratkeçirici maddə ətrafında maqnit sahəsi qıvrılaraq özünə yön cızır.
O zaman sualı belə qoyaq:

Niyə ifratkeçirici maddələr və maqnit sahələri bir-birilərindən bu qədər “nifrət” edirlər?

Bunu bilmək üçün ifratkeçirici maddədə nələr baş verir ona baxmaq lazımdır.
Artıq bilirik ki, ifratkeçirici maddələr, elektronların asanlıqla “axıb” getdikləri maddələrdir. Maqnit sahəsi bir ifratkeçirici maddəyə yaxınlaşdığında səthi üzərində kiçik cərəyanların yaranmasına səbəb olur və bu kiçik cərəyanlar gələn maqnit sahəsinə əks yönələrək gələn sahəni sıfırlayırlar (zidd təsir göstərərək maddə içərisinə keçməsinə əngəl olurlar). Bunun da nəticəsində ifratkeçirici maddənin səthi üzərində maqnit sahənin sıxlığı tam olaraq sıfır olur. Bu səbəbdən dolayı ifratkeçirici maddələr maqnit sahəsini sevmirlər…

Kilidlənmə(Qaldırma) necə meydana gəlir?

İfratkeçirici maddə bir maqnit reys üzərinə qoyulduqda, reys üzərində qalan bu ifratkeçirici maddə həmən reys səthi boyunca güçlü maqnit sahənin təsiri ilə uzağa itələnəcəkdir. İfratkeçirici maddəni uzağa itələmək üçün, maqnit sahəsinin itələmə qüvvəsi, cazibə qüvvəsinə əks təsir göstərməyə məcburdur.
Tip-1 adı verilən ifratkeçirici maddədən istehsal edilmiş disk mükəmməl diamaqnitdir və uc nöqtədəki Meysner təsirini  yaradacaqdır və bu maddə üçün hər hansı bir şəkildə maqnit sahəsi yoxdur. Bu səbəbdən maqnit sahəsilə hansısa bir təmasdan qaçınmaq üçün uzaqlaşacaq, yəni levitasiya (qaldırma) hadisəsi gerçəkləşəcəkdir. 

Sadəcə burada sistemin qərarlı olması lazımdır ki, bunun üzərində işlər hələdə gedir. 

Təl Əviv Üniversitetinin əməkdaşı  Boaz Almoga görə Kvant Kilidlənmə sayəsində 2 mm qalınlığında ifratkeçirici disk ilə 1 tonluq avtomobili havaya qaldıra bilərsiz.


Sadig Şamilov