Fransa'da bulunan CNRS ve Université Paris-Sud Charles Fabry laboratuvarından fizikçiler, Nature dergisinin 2 Nisan 2015 tarihli sayısında, iki ayrı atom arasında girişim gerçekleştirmeyi başardıklarını açıkladı. Yapılan deneyde, yarı-geçirgen bir aynanın iki ayrı tarafından gönderilen iki atomun daima birlikte olacak biçimde hareket ettikleri belirlendi. 30 yıl kadar önce fotonlarla yapılmış buna benzer bir araştırma olsa da, deneyi ışık yerine madde ile gerçekleştirmek imkansızdı; çünkü ayırt edilemez atom çiftleri yaratmak ve manipüle etmek aşırı zordu.

Aynı anda gelenler ayrı yollara gidemiyor

1924 yılında Bose ve Einstein tarafından ortaya atılan ayırt edilemez parçacıklar kavramı, kuantum mekaniğinin en şaşırtıcı taraflarından bazılarının ardında yatan nedendir. Bunlardan biri deneysel olarak 30 yıl önce Hong, Ou ve Mandel tarafından gözlemlenmişti. O deneyde yarı-geçirgen aynalar ile fotonlar kullanılmıştı. Böyle bir aynaya gönderilen bir fotonun, aynanın hangi tarafına gönderilirse gönderilsin, geçme ve yansıma şansı yarı yarıyadır. Eğer iki tane özdeş foton aynaya zıt yönlerden eşzamanlı gönderilirse, daima birlikte olacak biçimde davrandıkları saptandı. Başka bir deyişle, iki fotonun ayrı yollar izlemeleri imkansız gibi görünüyordu.

Şimdi, ilk kez olarak, Charles Fabry laboratuvarı fizikçileri bu görüngüyü madde parçacıkları ile gösterebildi. Deneyde foton yerine helyum-4 atomu kullandılar. Tıpkı fotonlarda olduğu gibi, iki özdeş atom aynaya eşzamanlı ulaştıklarında, o andan itibaren daima birlikte gözlemlendiler. Bu sonuç yıkıcı kuantum girişimin inkar edilemez imzası olarak yorumlanıyor. İki atomun eşzamanlı yansıtıldığı süreç ile eşzamanlı geçirildiği süreç birbirlerini iptal ediyor ve geriye biri yansırken diğerinin geçtiği olasılıklar kalıyor.

Ayırt edilemez atomlar

Bu deneyde araştırmacıların üstesinden gelmeyi başardıkları en büyük engel, ayırt edilemez atomlar yaratmak ve onları yönetmekti. Bunu yapmak için önce, yaklaşık 100.000 tane helyum-4 atomu içeren bir Bose-Einstein yoğuşuk maddesi ürettiler. Parçacıklar arasındaki çarpışmaları kontrol altına alarak, bu çok soğuk gazdan ortalama her 30 saniyede bir beliren ayırt edilemez atom çiftleri oluşturmayı başardılar. Ekip daha sonra lazer ışınları kullanarak atomları yönlendirdi ve böylece daha önce fotonlarla yapılmış olan optik deney düzeneğinin eşdeğerini kurmuş oldu. Girişim etkisini karakterize etmek için ise, iki atomun aynanın zıt yanlarına varış anını kademelendirdi.

Onlarca saatlik kayıt yaptıktan sonra şunu doğrulamayı başardılar: İki varış yaklaşık olarak 100 mikrosaniyeden uzun bir aralıkla gerçekleştiğinde, her atom kendi yoluna gidiyordu. Daha yakın aralıklı varışlarda ise aynı tarafta belirme eğilimindeydiler. Atomlar eşzamanlı varış yaptıklarında etki en yüksek düzeyde oluyordu.

Kuantum mekaniğinin şaşırtıcı bir öngörüsünü onaylayan deney, atomların kuantum ölçeğinde kontrolüne ilişkin son yıllarda erişilen ilerlemeyi de gözler önüne seriyor. Atom çiftlerinin üretimi ve yönetimi konusunda son derece başarılı bir örnek olan bu çalışmada kullanılan teknoloji, kuantum enformasyon alanında da çok önemli potansiyel uygulamalar akla getiriyor.

---

Kaynak ve İleri Okuma:

– Phys.org – Quantum interference links the fate of two atoms – <http://phys.org/news/2015-04-quantum-links-fate-atoms.html>
– Nature.com – Atomic Hong–Ou–Mandel experiment – <http://www.nature.com/nature/journal/v520/n7545/full/nature14331.html>

---