Kuantum Zeno Etkisi deneysel olarak kanıtlandı

Kuantum kuramının en tuhaf öngörülerinden biri Cornell fizikçileri tarafından deneysel olarak doğrulandı. Bir sistem, gözlenmekte iken değişemez. Ekibin çalışması, atomların kuantum durumlarının kontrol ve manipüle edilmesi için bütünüyle yeni bir yöntemin kapısını açıyor. Bu sayede yeni tip sensörlerin geliştirilmesi mümkün olabilir.

Ekim 2015`de Physical Review Letters dergisinde yayımlanan bir makale ile ayrıntıları paylaşılan deney, fizikçi Doç. Dr. Mukund Vengalattore’nin ultra-soğuk laboratuvarında gerçekleştirildi. )Burada, mutlak sıfırın sadece 0,000000001 derece kadar üzerindeki sıcaklıklara kadar soğutulmuş malzemelerin fiziği inceleniyor.)

Lisansüstü öğrencileri Yogesh Patil and Srivatsan K. Chakram bir vakum odası içinde, yaklaşık bir milyar tane Rubidyum atomundan oluşan bir gaz yaratıp soğuttuktan sonra, kütleyi lazer ışınları arasına asmış. Bu durumda atomlar tıpkı bir kristal katıdaki gibi düzgün bir örgü diziliminde oluyor. Fakat ultra-soğuk koşullarda atomlar örgü içinde bir yerden bir yere tünelleme yapabiliyor. Heisenberg Belirsizlik İlkesine göre, bir parçacığın konumu ile hızı etkileşim içindedir. Sıcaklık da parçacığın hareketinin bir ölçüsüdür. Aşırı soğukta hız neredeyse sıfır olur; dolayısıyla konumda bolca esneklik payı kalır. Atomları gözlemlediğinizde örgünün herhangi bir yerinde bulunmaları olasıdır.

Araştırmacılar bu deneyde, sadece onları gözlemleyerek atomların tünelleme yapmasını engelleyebildiklerini ortaya koydu. Yunan filozof Zeno’dan esinlenilerek “Kuantum Zeno Etkisi” adı verilen bu olay, Texas Üniversitesi’nden E. C. George Sudarshan ve Baidyanath Misra’nın 1977 senesinde ortaya koydukları bir durumdan ileri geliyor. Şöyle ki, kuantum ölçümlerinin garip doğası ilkesel olarak bir kuantum sistemin yinelenen ölçümlerce “dondurulabilmesini” mümkün kılıyor.

Daha önce yapılmış deneylerde atomaltı parçacıkların spinleri için Zeno Etkisi sergilenmişti. “Atomik hareketin gerçek uzay ölçümleri yoluyla Kuantum Zeno Etkisini ilk kez gözlemledik. Ayrıca, yüksek derecede kontrole bağlı olarak deneylerimizde, davranışı yavaş yavaş ayarlayabildiğimizi de göstermiş olduk. Bu ayarlama sayesinde de “beliren klasiklik” (İng. emergent classicality) adı verilen etkiyi de sergiledik,” diyor Vengalattore. Beliren klasiklik durumunda kuantum etkileri solmaya ve atomlar klasik fiziğin beklediği biçimde davranmaya başlar.

Araştırmacılar atomları ayrı bir görüntüleme lazeri ile aydınlatmak suretiyle mikroskop altında gözlemledi. Normalde bir ışık mikroskobu ile tekil atomlar görülemez. Fakat görüntüleme lazeri onların floresan ışığı yayarak, mikroskobun yakalayabileceği ışık flaşları yaymasını sağlar. Görüntüleme lazeri kapatıldığında veya çok soluk biçimde çalıştırıldığında atomlar serbestçe tünelleme yaparken, görüntüleme ışını daha parlaklaştırıldığında ise ölçümler sıklaştırıldı ve tünellemenin dramatik biçimde azaldığı saptandı.

“Bu bize bir kuantum sistemi belki de tekil atomlarına kadar kontrol edebilmek için benzersiz bir araç sağlamış oluyor,” diyor makalenin başyazarı Patil. Atomların o durumda iken dışsal kuvvetlere aşırı duyarlı olduğunu ekleyen bilimci, bu çalışmanın yeni tip sensörlerin geliştirilmesini sağlayabileceğini belirtiyor.

Deneyler, ekibin icad ettiği yeni bir görüntüleme tekniği kullanılarak gerçekleştirildi. Ultra-soğuk atomları aynı kuantum durumunda tutarak gözlemlemeyi sağlayan tekniğe ilişkin Vengalattore şöyle diyor: “Öğrenciler bu iş için çok çaba sarf etti ve şimdi deneylerin başarıya ulaştığını görmek bir harika. Artık salt gözlemlemek yoluyla kuantum dinamiği kontrol edebilmek gibi benzersiz bir becerimiz var.”

Phys.org, “‘Zeno effect’ verified—atoms won’t move while you watch””; http://phys.org/news/2015-10-zeno-effect-verifiedatoms-wont.html

Y. S. Patil et al. “Measurement-Induced Localization of an Ultracold Lattice Gas“, Physical Review Letters (2015). DOI: 10.1103/PhysRevLett.115.140402

 

Özgün Çağrı Cankat Kayadelen