Bonn Üniversitesinden fizikçiler, sezyum atomlarının sınırları belli yolları izlemediğini gösteriyor.
Bir penaltı atışının sonucu aynı anda hem gol hem de kaçırılmış bir penaltı olabilir mi? Çok küçük nesneler için, en azından, bu olası: kuvantum mekaniği öngörülerine göre, mikrokobik nesneler aynı zamanda farklı yollar alabilir. Makroskobik nesne dünyası öteki kuralı izler: futbol topu her zaman belirli bir yönde hareket eder. Ancak bu her zaman doğru mu? Bonn Üniversitesinden fizikçiler, bu tezi yanlışlamak için tasarlanmış bir deney oluşturdu. Bilimcilerin ilk deneyleri Sezyum atomarının sahiden de aynı anda iki yol alabildiğini gösteriyor.
Neredeyse yüz yıl önce, fizikçiler Werner Heisenberg, Max Born ve Erwin Schrödinger yeni bir fizik alanı yarattı: kuvantum mekaniği. Kuvantum kuramına göre, kuvantum dünyasının nesneleri belirlenmiş tek bir yol boyunca uzun süre hareket etmez. Aksine, aynı anda farklı yollar alabilir ve aynı anda farklı yerlerde bitirebilir. Fizikçiler farklı yolların süperposizyonunu konuşuyor.
Nesneler atomik boyutlarda, sahiden de kuvantum mekanik yasalarına uyuyormuş gibi görünüyor. Yıllar boyunca, çoğu deney kuvantum mekanik öngörüleri onayladı. Ancak, günlük makroskobik deneyimlerimizde, tek bir yol boyunca uçan futbol topuna tanıklık ediyoruz; topun filelere çarpıp gol olması ya da penaltının kaçırılması asla aynı anda olmaz. Peki, ama bu neden böyle?
Bonn Üniversitesi Uygulamalı Fizik Enstitüsü’nden Dr. Andrea Alberti, bu durumun iki yorumu olduğunu söylüyor: “Kuvantum mekaniği büyük, makroskobik nesnelerin süperpozisyon durumlarını kabul eder. Ancak, bu durumlar çok kırılgan, hatta futbol topunu gözlerimizle izlemek bile süperpozisyonu yok etmek ve belirli bir gidiş yönünü izlenebilir kılmak için yeterlidir” diyor. (Birinci yorum)
“Büyük” nesneler farklı kurallarla hareket eder mi?
Ama futbol topları aynı zamanda, tek atomlar için uygulananlardan tümüyle farklı kurallara uyuyor olabilir. Alberti, “Haydi, dünyanın makro-gerçekçi görünümü üzerine konuşalım; bu yoruma göre, atomun aksine top daima gözlemlerimizden bağımsız olarak, belirli bir gidiş yönünde hareket eder.” diyerek açıklıyor. (İkinci yorum)
Ama bu iki yorumun hangisi doğru? Büyük nesneler küçük olanlardan farklı şekilde hareket edebilir mi? İngiltere’deki Hull Üniversitesinden Dr. Clive Emary’nin de işbirliğiyle Bonn ekibi, bu soruyu yanıtlamaya yardımcı olabilecek bir deney düzeneğiyle ortaya çıktı. Alberti, asıl zorluğun makro-gerçekçi kuramları yanlışlamayı sağlayacak atomların pozisyonlarını ölçebilen bir düzeneğin geliştirilmesi olduğunu da belirtiyor.
Physical Review X dergisinde tanımladıkları üzere fizikçiler, iki optik cımbızla, bir tek sezyum atomunu yakaladı ve onu iki zıt yönde hareket ettirdi. Makro-gerçekçi dünyada, atom iki nihai yerden birinde olmalıydı. Buna karşılık, kuantum mekaniksel olarak atom iki pozisyonun bir süperpozisyonunu işgal edebilirdi.
Doktora öğrencisi Carsten Robens, atomun son pozisyonunu beliremek üzere, olası en hassas yöntemle, dolaylı ölçümlerin kullanıldığını söylüyor. Hatta böyle bir dolaylı ölçüm bile deneylerin sonucunu önemli ölçüde değiştirdi. Bu gözlem, sezyum atomlarının bir makro-gerçekçi kuramı izlediği olasılığını dışlıyor, ya da Karl Popper’in deyişiyle yanlışlıyor. Bunun yerine, Bonn ekibinin deneysel bulguları, dolaylı ölçümlemeler oluştuğunda yok olan süperpozisyon durumuna dayanan yoruma tam anlamıyla uyuyor. Bütün yapabileceğimiz bu atomun gerçekten de aynı anda, farklı yollar aldığını kabul etmek.
Alberti, bunun henüz, büyük nesneler için kuvantum mekaniğinin geçerli olduğunu ortaya koyan bir kanıt olmadığına dikkat çekiyor; bundan sonraki adımın sezyum atomunun iki pozisyonunu birkaç mm ayırmak olduğunu belirtiyor.
GÖRSEL: Bonn ekibi, bir atomun pozisyonunu dolaylı ölçen bir ölçümleme düzeneği geliştirdi. Görsel, öz itibariyle, sezyum atomunun olmadığı bir görünüm sunuyorsa da bu işleyişe açıklık kazandırıyor. Şimdi, önümüzde iki kutu olduğunu, ve bir kedinin bu kutulardan birinde saklı olduğunu varsayalım (a). Ancak, kedinin hangi kutunun altında saklı olduğunu bilmiyoruz. Geçici olarak sağ kutuyu kaldırıyoruz (b) içini boş buluyoruz. Böylece, kedinin sol kutuda olması gerektiği kararına varıyoruz; ve henüz onu rahatsız etmedik. Sağ değilde, sol kutuyu kaldırmış olsaydık, kediyi rahatsız etmiş olacaktık (c); ayrıca ölçümleme de çöpe gitmek zorunda kalacaktı. Makro-gerçekçi dünyada bu ölçüm düzeneği, her zaman rahatsız edilmeden kalan kedinin durumunu kesinlikle etkilemezdi. Ancak kuvantum dünyasında, kedinin pozisyonunu, (b)’de olduğu gibi, açığa çıkaran bir zıt ölçüm kuvantum süperpozisyonu zaten yok etmek için ve deneyin sonucunu etkilemek için yeterli. Bonn Üniveristesi fizikçileri, tam olarak bu etkiyi gözlemledi.
CREDIT: Andrea Alberti / www.warrenphotographic.co.uk