Bir kabın içerisindeki bir avuç dolusu alüminyum bilyeye yüksek bir voltaj uygulandığında; parçacıkların kendilerini farklı bir “kristal” düzende yeniden düzenlendiği şık bir “dans” ortaya çıkıyor. Bu davranış; aynı elektrik yüküne sahip parçacıkların düzenli bir yapı oluşturmak için birbirlerini ittiği Wigner Kristalizasyonu olarak bilinen olguya aittir.
Küçük elektron ve iyon bulutlarında asılı duran toz taneciklerinin büyüklüğünden partiküllerden (tozlu bir plazma adı verilen) asılı beyaz kumlu cisimler olarak bilinen yoğun yıldızların iç kısımlarına kadar çeşitli sistemlerde Wigner Kristalizasyonu gözlenmiştir. North Carolina Eyalet Üniversitesi’nden Profesör Alex Bataller kısa süre önce, beyaz cücelerin içindeki Wigner Kristalleşmesi’nin, Yerçekimi Kristalleri adı verilen yeni bir klasik sistemler sınıfı kullanarak laboratuvarda çalışılabileceğini keşfetti.
Wigner Kristalleşmesi’nin bu davranışının gerçekleşmesi için, hem hareket etmekte serbest olan (plazma), birbirleriyle kuvvetli etkileşime giren (kuvvetle bağlanmış partiküller) hem de bir sınırlama kuvveti varlığına sahip, (plazma parçacıklarının itici olarak birbirlerinden uzağa patlamasını önlemek için) yüklü parçacıklardan oluşan bir sistem olmalıdır.
Bu durumu laboratuvardaki küçük ölçekler için incelemek için, Dr. Bataller; metal küreleri yüksek voltajlı bir yüzeye temas ettiren, yüzlerce milyon elektronu yüzeylerine aktararak küreleri şarj eden ve böylece partikülü artıran yeni bir düzenleme yaptı. (İtiş ve içerdiği parçacıkları tutar) Ek olarak; küreler yüzey üzerinde yuvarlandıklarında, hareketleri kinetik enerjiyi hızla azaltan ve güçlü eşleşmeyi destekleyen sürtünme üretir.
Mevcut keşfi mümkün kılan içgörü, yerçekimi sınırlayıcı kuvvet olarak kullanmaktı. Bu şekilde, küçük yüklü küreler basit bir geometri, bir kase kullanılarak yerçekimi ile sınırlandırılabilir.
Yerçekimsel hapsi kullanarak Dr. Bataller, Wigner kristalleşmesinin, şimdi diğer kristal sistemleri incelemek için kullanılabilecek tozlu plazma kuzeninden milyon kat daha büyük olan parçacıklarla makroskobik boyutlara uzatılabileceğini keşfetti. Örneğin, yerçekimi kristalleri sedimantasyon adı verilen beyaz cüce yıldızların ilginç bir özelliğini taklit edebilir. Son zamanlarda, tabakalı kristal katmanların, daha ağır oksijenin çekirdeğe “battığı” oksijen ve karbon içeren beyaz cüce yıldızlar içinde oluşabileceği keşfedilmiştir. Yerçekimi kristal düzenlemesi; başlangıçta karıştırılmış bakır ve alüminyum bilyeler sistemine yüksek voltaj uygulandığında bu katmanlama etkisini üretir. Beyaz cüce yıldızlarda sedimantasyona benzer şekilde, bakır toplar kristal yapısını koruyarak kasenin merkezine doğru çekilir.
Bir gravite kristalinin ve beyaz cüce yıldızın plazma özellikleri ve dış ortamı hayal edebileceğinden farklıdır, ancak her iki sistem de Wigner Kristalleşmesi’nin sağlam doğasına değinen benzer davranışlar sergiler.
Araştırmacı Bataller: “Wigner Kristalleşmesi’ni gözlemlediğimiz sistemlerdeki zengin çeşitlilik, kendi ölçeğinden bağımsız doğasının doğrudan bir sonucudur. Yerçekimi kristalleri, bu olguyu insan kaynağına genişletirken en az kaynağa ihtiyaç duyuyor. Bu yeni platformla ilgili beni en çok heyecanlandıran şey, merak uyandıran herhangi birinin, şu ana kadar milyon dolarlık deneylerle sınırlı olan ve bu etkileyici maddenin durumunu yeniden oluşturabilmesi olmuştur. “
