Kuantum tavşan deliğinden aşağı: 'Alice Çemberi' bize ne söylüyor?

Aalto Üniversitesi

Kuantum fiziği alanı, kışkırtıcı yeni araştırma alanlarına giden yollarla doludur; öte yandan, bir tavşan deliği, tanınmış İngiliz yazar Lewis Carroll’ın* meşhur penceresi sayesinde parçacıkların farklı davrandığı bir evrene eşsiz bir bakış imkânı sunar.

Lewis Carroll’ın 'Alice Harikalar Diyarında' adlı eserinde anlatılan dünyaca ünlü hikayelerine atfen ‘Alice Çemberi’ diye adlandırılan bu nesnenin gözlemlenmesi, manyetik kutupların nasıl bozunduğuna ilişkin onlarca yıllık bir teoriyi de teyit etmiş oldu. Daha açık ifade etmek gerekirse, merkezinden geçen diğer kutupların karşıt manyetik yüklerine çevrildiği halka benzeri bir girdaba dönüşüyorlar.

Kısa süre önce Nature Communications adlı dergide yayınlanan bu bulgular, Aalto Üniversitesi’nden Profesör Mikko Möttönen ve Amherst Koleji’nden Profesör David Hall’un ortak araştırmalarını kapsayan bir dizi çalışmada ortaya çıkardıkları son keşif oldu.

İŞBİRLİĞİNİN YARATTIĞI KUANTUM SIÇRAMASI

Möttönen, “Bu, işbirliğimizin doğada Alice Çemberi’ni yaratabildiği ilk çalışma ve büyük bir başarı” dedi. Hall da “Bu temel nitelikteki araştırma, bu yapıların ve parçacık fiziğindeki benzeri unsurların evrende nasıl işlediğini anlamız için yeni kapılar aralıyor” diye ekledi.

‘Manyetik Kutup İşbirliği’ adını verdikleri ve uzun süreden bu yana devam eden söz konusu işbirliği, daha başlangıç aşamasındayken, 2014 yılında manyetik kutupların kuantum eşdeğerinin mevcudiyetini ispatladı; 2015 yılında kuantum kutuplarını izole etti ve en sonunda 2017 yılında bir kutbun diğerine dönüştüğünü gözlemledi.

MANYETİK KUTUP NASIL YARATILDI?

Manyetik kutuplar, kuantum fiziği alanında anlaşılması güç bir kavram olmayı sürdürüyor. İsminden de anlaşılacağı üzere, manyetik kutuplar, kuzey kutbunda pozitif yük ve güneyde negatif yük taşıyan çift kutuplu yapıların tekil karşılığıdır. Buna karşın, bir manyetik kutup sadece pozitif ya da negatif yük taşır.

Kavram kulağa basit gelse de gerçek bir manyetik kutbun yaratılmasının kariyer belirleyici bir çalışma olduğu ortaya kondu. Manyetik Kutup İşbirliği, çalışmayı şu şekilde gerçekleştirdi: Önce ‘mutlak sıfır’ sıcaklığa yakın, manyetik olmayan koşullar altında hazırlanan rubidyum atomlarından meydana gelen bir gazı manipüle ettiler. Ardından, bu aşırı koşullar altında, üç boyutlu bir manyetik alanın sıfır noktasını kuantum gazına yönlendirerek bir manyetik kutup yaratmayı başardılar.

ALICE ÇEMBERİ NASIL ORTAYA ÇIKTI?

Bu kuantum manyetik kutuplar, tabiatları gereği geçicidir ve yaratılışlarından birkaç milisaniye sonra bozunurlar. Alice Çemberi, işte bu istikrarsızlık içinde şekillenir.

Möttönen, “Manyetik kutbu bir tepenin zirvesinde sallanan bir yumurta gibi hayal edin. En ufak bir titreşim onu aşağı yuvarlayabilir. Buna benzer şekilde, manyetik kutuplar da Alice Çemberi’ne dönüşmelerini tetikleyen titreşimlere maruz kalır" dedi.

Manyetik kutuplar kısa bir süre için var olsalar da araştırma grubu kararlı yapıya sahip Alice Çemberi’ni 84 milisaniye kadar hayatta tutmayı başardı ve bu süre bir manyetik kutbun ömründen 20 kat daha uzun bir süreye tekabül ediyordu. Yakaladıkları bu başarı, araştırmacıların gelecekte yapacakları deneylerin Alice Çemberi’nin daha da garip özelliklerini ortaya çıkarabileceklerine dair umutlarını artırdı.

'DÜNYA FARKLI BİR ŞEKLE BÜRÜNÜYOR'

Hall, “Uzaktan baktığınızda Alice Çemberi yalnızca bir manyetik kutba benziyor olsa da halkanın merkezine bakarken dünya farklı bir şekle bürünüyor” diye konuştu.

Möttönen ise “Bu açıdan bakıldığında, çember sanki maddeden ziyade bir antimadde evrenine açılan bir kapıymışçasına, her şey bir yansıma gibi görünüyor” bilgisini paylaştı.

Kuramsal bağlamda, bir Alice Çemberi’nin merkezinden geçen bir manyetik kutup, karşıt yüklü bir anti-kutba dönüşmelidir. Buna bağlı olarak, Alice Çemberi’nin yükü de değişmelidir. Bu olgu şimdiye dek deneysel olarak gözlemlenmemiş olsa bile, Möttönen, Alice Çemberi’nin topolojik yapısının bu davranışı gerekli kıldığını belirtti.

Bu deneysel araştırma öncelikle Amherst Koleji’nde doktora adayı olan Alina Blinova ve Hall tarafından yürütülürken, Möttönen ve ekibi eşleştirme simülasyonlarının yürütülmesi görevini yerine getirdi. İki ekip, bu yolla deneysel gözlemlerin yorumunu teyit edebildi. Blinova, konuya ilişkin olarak, “Doktora çalışmamın finalinde bunun gibi büyük bir keşfe imza atmak gerçekten de çok şaşırtıcı” açıklamasını yaptı.

*Charles Lutwidge Dodgson ya da daha çok bilinen mahlas adıyla Lewis Carroll (1832-1898) bir İngiliz çocuk edebiyatı yazarıdır. Alice Harikalar Diyarında ve onun devamı olan Aynanın İçinden adlı eserleriyle şöhrete kavuşmuştur.

Yazının orijinali SciTechDaily sitesinden alınmıştır. (Çeviren: Tarkan Tufan)