Kuantum Kuvveti İlk Kez Santimetre Ölçekli Bir Nesneyi Hareket Ettirdi

Japan’daki Okinawa Bilim ve Teknoloji Enstitüsü (OIST) araştırmacıları, elektron spininden kaynaklanan kuantum kuvvetleriyle santimetreye yakın boyutlarda bir nesneyi hareket ettirmeyi başardı. Çalışma, kuantum fiziğinin makro dünyayla nasıl örtüştüğünü anlamaya yönelik önemli bir adım olarak Science Advances dergisinde yayımlandı.

Kuantum fiziği alanında bildirilen yeni bir ilk daha var ve tüm mesele electron spininde, yani bu parçacıkların her birinin içinde mikroskobik bir pusula iğnesi taşıyormuş gibi tanımlanan yerleşik küçük manyetizmada. Önceden bu spinlerin yarattığı kuvvet yalnızca tek tek atomları ya sağa ya da sola itecek kadar yetiyordu. Şimdi ise araştırmacılar çok daha büyük bir nesneyi kaydırabildi.

Okinawa Bilim ve Teknoloji Enstitüsü (OIST) ekibi, santimetreye yakın boyutta bir nesnenin bu kuantum kuvvetleriyle nasıl kaydırılabileceğini detaylandıran yeni çalışmayı Science Advances dergisinde yayımladı. Science Advances

Bu, kuantumun (çok küçük ölçeklerin) ve klasik mekaniğin (geri kalan her şeyin) birleştiği sınırda bilim için önemli bir ilerleme. Deney özellikle yer çekiminin etkisine maruz yetecek kadar büyük bir nesneyle ilgileniyor; yerçekimi ise kuantum fiziği teorileriyle her zaman uyumlu olmamış temel bir kuvvet.

Teoretik fizikçi Jason Twamley, “Onlarca nanometreden daha büyük herhangi bir şey için kuantum mekaniğinin geçerli olup olmadığını test etmek amacıyla çok sayıda girişim yapıldı ve şu ana kadar başarı elde edilmedi” diyor. Bu konuda Twamley ekliyor: “Şimdi, mevcut en gelişmiş spin-mekanik deneylerinden sekiz dokuz sipariş büyüklüğünde daha kütleli bir nesne üzerinde klasik mekanik tepki gözlemledik.”

Araştırmacılar sonuçlara ulaşmak için birkaç deneysel tasarımı bir araya getirdi. Bu tasarımların başında santimetreye yakın nesne geliyor: bir satranç tahtası biçiminde dizilmiş mıknatırların üzerinde levite edilen (yükseltilen) bir grafit plaketa.

Plaketanın altına, azot boşlukları (NV merkezleri) olarak adlandırılan özel atom kusurları taşıyan 3 milimetrik bir elmas asıldı. Bu Kusurlar elmanın elektronlarına kontrol edilebilir spinler kazandırıyor ve bu spinler lazer ışınlarıyla yönlendiriliyor. Ardından başka bir mıknatırla bu spinler harekete dönüştürülüyor.

Tüm kurulum yaklaşık 128 miligram ağırlığında, yani birkaç pirinç tanesi kadar ve yaklaşık 100 nanometre itildi; bu da kabaca bir insan saç teline binde biri düzeyinde. Pek çok şey değil ama yeterli.

NV elmasların iyi anlaşıldığını ve kontrol etmesi kolay olduğunu belirten fizikçi Daehee Kim, “Bunun yanı sıra NV merkezleri bilinen en uzun uyumluluk (coherence) sürelerinden birine sahip ve bu onlara diğer sistemlerden çok daha uzun süre oda sıcaklığında kuantum süperpozisyonunu koruma imkanı tanıyor. Bu da ileri araştırmalarda hareketin veya nesnenin makroskobik süperpozisyonlarını üretmek için özellikle cazip kılıyor.” diyor. Bu konuda

Geçerli fizikçiler için bu kadar soyut ve uzak görünebilen kuantum araştırmalarında, böyle kilometre taşlarına ulaşmak evren hakkındaki en derin sorulardan bazılarını yanıtlamaya yardımcı olacak; bunlar arasında yerçekiminin kuantum kurallarına uyup uymadığı da var.

Buradaki hareket klasikti; önemli olan bu hareketi tetikleyen kuantum etkisiydi. İleri aşamada araştırmacıların yaklaşımının daha büyük nesneleri süperpozisyon gibi kuantum durumlarına sokmada yardımcı olmasını umuyorlar; bu durumda nesne etkili biçimde aynı anda iki durumu işgal ediyor.

Fizikçi Anshuman Nayak, “Tam tersi kampındayız – büyükten küçüğe gidiyoruz” diyor. Bu konuda Diamanyetik levitasyon maglev trenlerini yükseltebildiği gibi santimetreye kadar nesneleri elmas tutan biçimde levite etmek için de kullanılabilir; burada yerçekiminin etkisi son derece güçlü olabilir ancak kuantum etkileri şimdiye kadar gözlenmedi.

Twamley, “Küçük bir kuantum etkisinden büyük bir klasik tepki gösterdik” diyor. Bu konuda Artık böyle bir teknolojinin mümkün olup olmadığı değil, Einstein’ın genel görelilik çerçevesinde (general relativity) Genel Görelilik kuantum süperpozisyonuna ulaşmak için deney koşullarını nasıl iyileştirebileceğimiz sorusuyla ilgileniyoruz. “Nanometrelerden santimetrelere eşiği yükseltiyoruz. Sadece bir sipariş büyüklüğü daha gerekiyor ve sonunda gerçek hayatta Schrödinger’in kedisini Schrödinger’in Kedi gözlemleme şansına ulaşacağız.”

Araştırma yayımlandı. Bu makale Fiona MacDonald tarafından doğrulandı ve Fiona MacDonald tarafından düzenlendi. Sürecimize övünürüz ancak yine de insanız; bir hata fark ederseniz lütfen bize bildirin.