Kuantumda yeni rekor: 2 bin atom aynı anda iki yerde birden görüldü

Kuantum süperpozisyonunda yeni bir kütle rekoru kırıldı ve kuantum mekaniğindeki alternatif teorilerin sınırları yeniden belirlendi

(Nicepik)

Viyana ve Basel üniversitelerinden bilim insanları, kuantum süperpozisyon prensibini şimdiye dek hiç yapılmamış bir düzeyde test etti.

Viyana Üniversitesi’nin haberine göre yaklaşık 2 bin atomun bir araya gelmesiyle oluşturulmuş karmaşık moleküller kuantum süperpozisyonuna sokuldu ve girişim yapmaları sağlandı. Böylece ünlü fizikçi Feynman’ın “kuantum mekaniğinin kalbi” diye nitelediği bu olay daha büyük bir kütlede onaylandı ve kuantum mekaniğindeki alternatif teorilerin sınırları yeniden belirlendi.

Kuantum mekaniğinin en temel eşitliklerinden biri olan Schrödinger denklemine dayanan süperpozisyon ilkesi, bir su birikintisinin yüzeyinde görülebilen ve girişime girebilen dalgalara benzer şekilde parçacıkları dalga fonksiyonları çerçevesinde tanımlıyor. İki su dalgasının üst üste binen iki tepesi ya da iki çukuru birbirini güçlendirirken, bir çukurla bir tepe çakışırsa birbirlerini sönümlüyor ve bu tür olayların hepsine dalga girişimi ismi veriliyor. Ancak kuantum dalgalanmalar, etkileşime giren pek çok su molekülünün ortak davranışı olan su dalgalarından farklı olarak tek başına bulunan parçacıklarda da kendini gösteriyor.

Belki de küçük parçacıkların dalga doğasının en güzel örneklerinden biri, çift yarık deneyi. Bu deneyde üzerinde iki delik bulunan bir levhaya tek bir parçacık gönderiliyor, tek parçacık aynı anda iki yarıktan birden geçerek bir dalga özelliği gösteriyor ve suda gördüğümüze benzer girişim desenleri oluşturuyor.

Bu etki fotonlar, elektronlar, nötronlar, atomlar ve hatta molekül gibi büyük parçacıklarda gözlemleniyor ve akla fizikçilerle felsefecilerin kuantum mekaniğinin ilk zamanlarından beri boğuştukları soruyu getiriyor: Bu garip kuantum etkilerin, tanıdığımız büyük boyutlu klasik dünyaya geçişi nasıl gerçekleşiyor?

Viyana Üniversitesi’nden Markus Arndt ve ekibindeki araştırmacılar bu soruya olabilecek en doğrudan şekilde yaklaştı ve daha büyük kütleli nesnelerdeki kuantum girişimlerini göstermeye çalıştı.

 

 

Hakemli bilim dergisi Nature Physics’de yayımlanan araştırmada, fizikçiler kütlesi önceki rekordan birkaç kat büyük ve 25 bin atomik kütle biriminden daha yüksek olan molekülleri kullandı. Girişimölçere (interferometre) gönderilen C707H260F908N16S53Zn4 kodlu molekül, 40 binden fazla proton, nötron ve elektronu bir araya getiriyordu. Bu molekülün de Broglie dalga boyu tek bir hidrojen atomunun çağından bile bin kat daha düşüktü.

fazla oku

Bu bölüm, konuyla ilgili referans noktalarını içerir. (Related Nodes field)

Basel Üniversitesi’nden Marcel Mayor ve ekibi, fırlatılan moleküler demetin çok yüksek vakuma sahip ortamında parçalanmadan kalabilecek devasa molekülleri özel bir sentez teknolojisiyle üretti. Bu parçacıkların kuantum doğalarını kanıtlamak aynı zamanda Viyana’da bu amaçla üretilmiş iki metre uzunluğa sahip bir madde-dalga girişimölçerine ihtiyaç duydu.

Boyutu çok küçük kuantum dünyayla alışık olduğumuz boyutlardaki klasik fiziği uzlaştırmaya çalışan modellerin bir kısmı, bir parçacığın kendiliğinden çarpışmasındaki dalga fonksiyonu kütlesinin karesiyle orantılı değiştiğini öngörüyor. Bu nedenle yüksek kütleli bir parçacığın süperpozisyonunu belirli bir süre boyunca koruduğunu deneyle göstermek, ne kadar sık kuantum sıçramalar yaşadığını ve bir tür çarpışma süreciyle nasıl yerelleştiğini doğrudan gösteriyor.

Bu deneylerde, moleküller süperpozisyonlarını 7 milisaniyeden (saniyenin binde biri) daha fazla korudu ve bu, farklı kuantum modellerinde yeni girişim sıçramalarının oluşması için yeterli bir süre.

Kuantum ve klasik fizik arasına çizilen çizgi gittikçe bulanıklaşıyor. Araştırmacılar bu tür deneylerle mevcut farklı modellerden hangilerinin geçerli olduğunu açığa çıkararak doğayı daha iyi açıklamaya devam ediyor. Makalenin başyazarı Yaakov Y. Fein şöyle diyor:

Deneylerimiz kuantum mekaniğinin, tüm garipliklerine karşın, büyüleyici şekilde sağlam olduğunu gösteriyor ve ben gelecek deneylerin çok daha büyük (kütleli) ölçekte testler yapacağından umutluyum.

 

Independent Türkçe için derleyen: Umut Can Yıldız

 

DAHA FAZLA HABER OKU