Basel Üniversitesi‘nden fizikçiler; Kuantum Mekanik Einstein-Podolsky-Rosen Paradoksu’nu ilk kez yüzlerce etkileşimli atomdan oluşan bir sistemde gözlemlediler. Bu fenomen, 1935’ten itibaren ünlü bir düşünce deneyine dayanır. Ölçüm sonuçlarının kesin olarak tahmin edilmesine olanak tanır ve elektromanyetik alanlar için yeni tip sensörlerde ve görüntüleme yöntemlerinde kullanılabilir.
Fiziksel sistemdeki ölçümlerin sonuçlarını ne kadar kesin olarak tahmin edebiliriz? Kuantum fiziği kanunları tarafından yönetilen küçük parçacıkların dünyasında, bu tahminlerin kesinliği için temel bir sınır vardır. Bu sınır Heisenberg Belirsizlik İlkesi ile ifade edilmektedir. Heisenberg Belirsizlik İlkesi bir parçacığın konumunun ve momentumunun veya bir spinin iki bileşeninin ölçümlerini eşzamanlı olarak tahmin etmenin imkansız olduğunu belirtir.
Belirsizlikte Paradoksal Azalma
Ancak 1935’te, Albert Einstein, Boris Podolsky ve Nathan Rosen; belirli koşullarda kesin tahminlerin teorik olarak mümkün olduğunu gösterdikleri ünlü bir makaleyi yayınladılar. Bunu yapmak için; A ve B gibi iki sistemi, özelliklerinin güçlü bir şekilde ilişkili olduğu “karışmış” bir durum olarak kabul ettiler.
Bu durumda, sistem A’daki ölçümlerin sonuçları, sistem B’deki ilgili ölçümlerin sonuçlarını rastgele hassasiyetle tahmin etmek için kullanılabilir. A ve B sistemleri mekansal olarak ayrılmış olsa bile bu mümkündür. Paradoks; bir gözlemcinin, sistem B ile ilgili daha kesin ifadeler yapmada; sistem B’ye doğrudan erişimi olan bir gözlemciden (sistem A hariç) sistem B’deki ölçümleri kullanabilmesidir.
Çok Parçalı Sistemde İlk Gözlem
Geçmişte, deneyler; başlangıçlarını onu keşfeden bilim adamlarından alan EPR Paradoksu’nu incelemek için bireysel atomlar kullanmışlardır. Şimdi, Basel Üniversitesi Fizik Bölümünden Profesör Philipp Treutlein ve İsviçre Nano Bilimler Enstitüsü’nün (SNI) liderliğindeki fizikçi ekibi; EPR Paradoksunu ilk defa yüzlerce birbiriyle etkileşim halindeki atomların çok parçalı bir sistemini kullanarak, başarılı bir şekilde gözlemledi.
Deney, atomları mutlak sıfırın üzerinde bir dereceye kadar birkaç milyarda soğutmak için kullandı. Bu sıcaklıklarda, atomlar tamamen kuantum mekaniği yasalarına göre davranırlar ve Bose-Einstein Yoğuşması olarak bilinen şeyi oluştururlar. (Einstein’ın 1925’te başka bir öncü makalede öngördüğü bir madde durumu.) Bu ultrasoğuk bulutta, atomlar sürekli çarpışırlar ve spinleri dolaşık hale neden olur.
Araştırmacılar daha sonra kondensin (yoğunlaşmanın) uzamsal olarak ayrılmış bölgelerindeki spin ölçümlerini aldı. Yüksek çözünürlüklü görüntüleme sayesinde, ayrı bölgeler arasındaki spin korelasyonlarını doğrudan doğruya ölçebiliyor ve aynı zamanda atomları kesin olarak tanımlanan pozisyonlarda lokalize edebiliyorlardı. Deneyleri ile araştırmacılar, başka bir bölgenin sonuçlarını tahmin etmek için belirli bir bölgedeki ölçümleri kullanmayı başardılar.
Çalışmanın baş yazarı doktora öğrencisi Matteo Fadel: “İki bölgedeki ölçümlerin sonuçları, EPR Paradoksunu göstermemize izin verdikleri ölçüde güçlü bir şekilde ilişkiliydi. Her zaman daha büyük sistemlerde böyle bir temel kuantum fiziği olgusunu gözlemlemek büyüleyici. Aynı zamanda, deneylerimiz Einstein’ın en önemli iki eseri arasında bir bağlantı da kuruyor.”
Kuantum Teknolojisine Giden Yol
Temel araştırmalara ek olarak, bilim adamları zaten keşifleri için olası uygulamaları hakkında spekülasyon yapıyorlar. Örneğin, EPR Paradoks’unun kalbinde yer alan korelasyonlar; elektromanyetik alanlar için atomik sensörleri ve görüntüleme yöntemlerini geliştirmede kullanılabilir. Bu tür kuantum sensörlerinin geliştirilmesi, araştırmacı ekibin aktif olarak dahil olduğu Araştırma Kuantum Bilim ve Teknoloji Ulusal Yetkinlik Merkezi’nin (NCCR QSIT) bir amacıdır.
/2018/04/17/yeni-bose-einstein-yogusmasi/
