Fizikçiler bir fotonu eşzamanlı biçimde ileri geri hareket ettirdi

Chris Young

Bilim insanları, tarihte ilk kez ışığın zaman içinde eşzamanlı olarak ileri ve geri hareket ediyor gibi görünmesini sağladılar. Livescience adlı sitede yayınlanan bir araştırmanın ortaya koyduğu kadarıyla, uluslararası bir bilim ekibi tarafından kullanılan yeni yöntem, yeni kuantum hesaplama tekniklerinin yaratılmasına yardım edebilir ve bilim insanlarının kuantum kütleçekimini daha doğru biçimde anlamalarına imkân tanıyabilir.

Deney, kuantum mekaniğinin anlaşılması zor dünyasının bir parçasını teşkil eden iki ilkenin birleşimi sayesinde başarıya ulaştı.

‘KUANTUM ZAMAN ÇEVİRME’ NEDİR?

Birbirinden bağımsız iki bilim ekibi deneylerini birlikte sürdürerek bir fotonun eşzamanlı biçimde hem ileri hem de geri zaman durumlarında var olduğu ve ‘kuantum zaman çevirme’ adını verdikleri bir tekniği uygulamayı başardılar.

Temelde bu sonuca, her ikisi de kuantum mekaniğinin ilkeleri olan ‘kuantum süperpozisyon’* ile ‘yük, parite ve zamanın tersine çevrilmesi’ (CPT) simetrisinin bir noktada birleştirilmesi yoluyla ulaşıldı ve özetle, atomların ve atom altı parçacıkların fiziksel özelliklerini belirlediler.

Birinci ilke olan kuantum süperpozisyonu, küçük parçacıkların gözlemlendikleri ana dek birkaç farklı durumda var olduklarını söyleyen bir olgu; ikincisi olan CPT ise parçacıkları içeren herhangi bir sistemin yükleri, uzamsal koordinatları ve hareketleri tam anlamıyla tersine çevrilse dahi aynı fiziksel yasalara tâbi olacağını belirten bir ilke.

Süperpozisyon, meşhur bir düşünsel deney olan ‘Schrödinger’in kedisi’ tarafından betimlenir. Deneydeki varsayımsal kedi, yaşamının hem gerçekleşen hem de gerçekleşene dek gerçekleşmeyen rastlantısal bir atom altı olaya bağlı olması nedeniyle, gözlemlendiği ana dek aynı anda hem canlı hem de ölü olarak kabul edilir.

Her iki ekibin gerçekleştirdiği ikiz deneylerin sonuçları, 31 Ekim ve 2 Kasım tarihlerinde henüz hakem denetiminden geçmeyen iki makalede yayınlandı.

Yeni deneyler, birleşik bir kuantum kütle çekimi teorisinin önünü açabilir.

FİZİKTEKİ BÜYÜK BİR SORUNUN ÇÖZÜMÜNE KATKI SAĞLAYACAK

Bilim insanları gerçekleştirdikleri deneyler esnasında, zamanda aynı anda hem ileri hem de geri hareket etmesini sağlamak için bir ışık parçacığı olan fotonu süperpozisyona yerleştirdiler.

Her iki ekip de bunu gerçekleştirmek amacıyla bir fotonu, iki ayrı yolun üst üste bindirildiği bir kristal boyunca böldü. Üst üste binen foton kristal boyunca düzenli bir şekilde hareket ederken, fotonun polarizasyonunu, yani uzayda işaret ettiği konumu değiştirerek zamanda geriye doğru gidiyormuş gibi hareket etmesini sağlamak için bir başka yol daha tasarlandı.

Ardından, bilim insanları üst üste binen fotonları bir başka kristal üzerinde hareket ettirerek yeniden bir araya getirdiler. Sonrasında, foton polarizasyonunu ölçtüler ve bir kuantum girişim modeli ortaya çıkardılar. Açık ve koyu çizgilerden meydana gelen bu model yalnızca foton aynı anda her iki yönde birden hareket ettiğinde mümkün olabilirdi.

Ulaştıkları bulgular, kuantum hesaplama alanında daha gelişmiş bir işleme imkân tanıyabilir; zira, bilim insanları zamansal çevirmelerinin her iki yönde yapılacak eşzamanlı hesaplamalara olanak sağlamak amacıyla, tersine çevrilebilir mantık kapılarına bağlanabileceğini ortaya koydular. Bunun yanı sıra, araştırma bilimsel topluluğun kuantum mekaniği evrenini daha iyi kavramasına da katkı sağlayarak genel görelilik teorisini kuantum mekaniği ilkeleriyle bir araya getiren birleşik bir kuantum kütle çekimi teorisi arayışında ilerlemelerin önünü açabilir.

*Süperpozisyon, foton, fonon, elektron vs. gibi parçacıklar için geçerli olan bir duruma verilen isimdir. Bir parçacığın kuantum durumunun aynı anda farklı hallerde olabilmesi anlamına gelir.

Yazının orijinali Interesting Engineering sitesinden alınmıştır. (Çeviren: Tarkan Tufan)