Temel bir parçacık olan elektron, daha küçük parçalara ayrılamaz. En azından şu an bunu böyle biliyoruz. Bununla birlikte, "elektron bölümleme (İng. fractionalization)" adı verilen bir görüngüde, belirli malzemelerde elektron daha küçük "yük atımları"na bölünebiliyor. Yük atımlarının her biri, elektronun toplam yükünün bir kısmını taşıyor. Bu ilginç olgunun kökeni ise henüz tam anlaşılabilmiş değil.

Nature Communications dergisinde yayımlanan yeni bir makale, elektron bölümleme olayının altında yatan mekanizmayı araştırmak için fotonları kullanan bir deneyi haber veriyor. Paris'te bulunan Ecole Normale Supérieure ve Marcoussis'de bulunan Laboratory for Photonics and Nanostructures'da çalışan Gwendal Fève liderliğindeki fizikçilerinin çalışmasında, pikosaniye ölçeğinde tek bir elektronun bölümlenmesi gözlemlenebiliyor.

"Elektron dalga paketinin bölümlenerek, başlangıçtaki elektronun yükünü paylaşmalarını görselleştirdik," diyor Fève. "Son beş yıl içinde bu konuda çeşitli çalışmalar yapıldı. Bizim deneyimiz ise çözünürlüğü tek elektron ve pikosaniye düzeyine çekiyor."

Araştırmacıların deneyde kullandığı tekniğe Hong-Ou-Mandel düzeneği adı veriliyor. Bu yöntem genellikle iki foton arasındaki benzerlik derecesini ölçmede kullanılıyor. Buradaki kullanım amacı ise girişimölçer (interferometre) içerisinde elektron yük atımlarını ölçmek. Düzenekte bir de elektronları teker teker yayımlayan kaynak bulunuyor.

Araştırmacıların analiz ettikleri ilk şey, tek elektronun interferometrenin tek-boyutlu dış kablosundaki yayılımı. Daha sonra bu elektron bölümlendiğinde, iki yük atımı arasındaki etkileşimi tek-boyutlu iç kabloda gözlemleyebiliyorlar. Orijinal elektron dış kablo boyunca ilerlerken, dış kablo ile iç kablo arasındaki Coulomb etkileşimi (yüklü parçacıklar arasında gerçekleşen etkileşim) iki tip uyarılmış çift üretiyor: Aynı işaretli iki atım ve ters işaretli iki atım (net yükleri sıfır). Bu iki farklı uyarılmış çift, elektronun iki ayrı yük atımına ayrılmasına neden olan Coulomb etkileşimine bağlı olarak farklı hızlarda ilerliyor.

Deneyden anlaşıldığına göre, tek bir elektron iki atıma bölündüğünde, nihai durumu bir "tek parçacık durumu" olarak nitelemek mümkün olmuyor. Çeşitli uyarılmış durumların bir toplu durumu oluyor. Bu nedenle bölümlenme süreci başlangıçtaki orijinal elektron parçacığını ortadan kaldırıyor. Bunu elektronun dalga paketindeki eşdurumluluk bozulması (İng. decoherence) ile ölçmek mümkün.