Kuantum ve Klasik Dünya Arasındaki Geçiş Noktası Bulundu

Eğer optik aygıtlarda ışığın gücünden bütünüyle yararlanmak istiyorsak, fotonları yani ışığı oluşturan temel birimi anlamamız gerek. Ancak bu hiç de kolay değil. Çünkü fotonların fiziksel davranışı, e..
Görsel Telif: DrHitch / Shutterstock

Eğer optik aygıtlarda ışığın gücünden bütünüyle yararlanmak istiyorsak, fotonları yani ışığı oluşturan temel birimi anlamamız gerek. Ancak bu hiç de kolay değil. Çünkü fotonların fiziksel davranışı, elektronlarda ve diğer atom altı parçacıklarda olduğu gibi, kuantum fiziği ile tanımlanıyor; klasik fizik ile değil.

Geçtiğimiz günlerde klasik ve kuantum davranışın kesişim noktasına ilişkin Bar-Ilan Üniversitesi’nde yapılan gözlem, Physical Review Letters dergisinde yayımlandı. Araştırmacılar, fiber bazlı, lineer olmayan bir süreç kullanarak, kuantum dünyasından nasıl ve hangi koşullarda klasik davranışın belirdiğini gözlemleyebildiler.

“Dolaşıklığın” Üstü ve Dışı

Kuantum dünyasında, foton çiftleri dolaşık olabilir. Yani birbirlerinden çok uzakta olsalar bile, birine uygulanan ölçüm diğerini de etkiler. Albert Einstein tarafından “uzaktan hayaletimsi etki” olarak adlandırılan bu olay, bir başka sağduyuya aykırı iddiayı gündeme getirmiştir. O da şu ki, gözlemlenmedikleri sürece fotonlar eşzamanlı olarak tüm olası durumlarda bulunurlar.

Genişbantlı dört-dalga karışımı (FWM) denilen iyi düzenlenmiş bir teknik kullanarak, bilimciler optik bir fiberden lazer ateşleyerek, dolaşık foton çiftleri yani “bi-foton“lar üretti. “FWM tekil bi-fotonların kuantum haberleşme şemaları açısından önemli bir kaynak, özellikle de fiber-içi uygulamalarda,” diyor makalenin başyazarı Rafi Vered. Doktora öğrencisi olan Vered’in çalışması, Bar-Ilan Üniversitesi Fizik Bölümü ve Bar-Ilan Nanoteknoloji ve İleri Malzemeler Enstitüsü öğretim görevlileri Dr. Avi Pe’er ve Prof. Michael Rosenbluh danışmanlığında sürüyor.

“Bi-fotonları, sistemin ya saf klasik ya da saf kuantum davranış göstermesini sağlayan yüksek veya düşük güçlü lazer atımları ile üretmek yerine, biz orta dereceli bir güç rejimine odaklandık. Bu orta dereceli güç düzeyinde, ‘hayaletimsi’ kuantum davranış ile ‘klasik’ dalga fiziği sınırının aşıldığı geçiş noktasını gözlemleyebildik.”

Güç, Atım ve Girişim Desenleri

Araştırmacıların deney düzeneği tek bir foton üzerine değil de, sadece foton çiftlerini etkileyen benzersiz bir girişim görüngüsü üzerine odaklandı. Bu girişimin miktar ölçümü, ışığın hem dalga benzeri, hem de parçacık benzeri davranışını kapsayan ikili doğasının açığa çıkabileceği bir çeşit optik “engelleme durumu” yaratılarak başarıldı.

“Deneyimizde, foton çiftlerinin dalga benzeri girişim deseni sergilerken, parçacık gibi davranmalarını inceledik,” diye açıklayan Pe’er, bu etkinin bir bi-foton çiftindeki fotonlar arasındaki kuantum dolaşıklıkla kesinlikle bağlantılı olduğunu ekliyor. “Bu girişimi bir zayıflatıcı -ışın bölücü- ekleyip yöneterek, fotonlar arasındaki kuantum dolaşıklığı bilinçli biçimde kırdık.”

Pe’er’a göre, ışığın zayıflatıcıdan geçişi pek çok fotonu bi-foton eşinden sıyırıyor ve böylece ayrılmamış bir foton çiftinin zayıflatıcıdan geçme olasılığının, tek bir fotonun kendi başına geçme olasılığından çok daha düşük olmasına yol açıyor. Bi-fotonlara özgü girişimi büyük ölçüde düşüren bu değişim, doğrudan değişken lazer güç düzeyleri ile bilimciler tarafından belirleniyor.

“Oldukça geniş bir güç düzeyi yelpazesinde lazer atımları ateşleyerek bi-fotonlar ürettik,” diyen Vered şöyle devam ediyor: “Bi-foton sayısı belli bir sınır değerin altında olduğunda, özelliklerini kuantum mekaniği ile tanımlamak gerekiyor. Ancak, eğer çok sayıda çift başarıyla geçerse, bunların davranışı klasik fizik ilkeleri ile öngörülebiliyor. Böylece biz de ışığın kuantum doğasının, klasik yasalarla yönetilen ve kuantum olmayan kurallara uyacak biçime ‘çöktüğü’ geçiş noktasını tanımlayabildik.”

Ultra-Hızlı Bi-foton Algılaması

Makalede söz edilen bir diğer başarı da bilimcilerin bi-fotonları benzeri görülmemiş yüksek bir oranda algılayabilmeleri. “Laboratuvarımız, tekil bi-fotonların üretimi ve iletiminde (saniyede yaklaşık 1014 bi-foton) dünya rekoruna sahip,” diyor kuantum optiği ve lazer fiziği uzmanı Pe’er. Ayrıca bu son çalışmaya kadar, bu kadar yüksek sayıda bi-fotonun bir özellik değil, bir hata olarak düşünüldüğünü de ekliyor.

“Bu çalışmada, bi-fotonları yani dolaşık enerji taneciği çiftlerini üretmek için fiber bazlı lineer olmayan bir süreç denedik,” diyen Pe’er, ortaya çıkan geniş bant ultra-yüksek (gerçek deneyde saniyede 1014 bi-fotona kadar) akımın, her pikosaniyede yaklaşık 100 fotonun hedeflerine ulaşabileceğini belirtiyor. “Diğer yöntemlere göre bu dev bir ilerleme. Şimdiye dek başka hiç bir foton algılama yöntemi bu kadar yüksek bir akım değerine, gelen veriyi ‘boğmadan’ erişemiyordu. Biz bu sorunu, farklı bir algılama ilkesi ile çözdük. Algılayıcıda, iletimde kullanılanlar gibi lineer olmayan fiber kullandık. Böylece süreci ters çevirerek, bi-fotonları vardıklarında tanımladık.”

“Schrödinger’in Kedisi”ni Görmenin Başka Yolları

Vered’e göre, çalışmanın ilginç bir yönü de kuantum süperpozisyona (dolaşık taneciklerin gözlemlenene dek olası tüm durumlarda bulunmasına) ilişkin sunduğu sağlam, optik tabanlı bakış açısı. “Kuantum kuramının tüm popüler açıklamaları genelde Schrödinger’in kedisi deneyi ile başlar,” diyor Vered.

“Yaşam ile ölüm arasındaki geçiş noktasına bakmak yerine, bizim deneyimiz kuantum davranışın nasıl klasik fizik doğurduğunu inceliyor. Kuantum davranış çok küçük ölçekte kendini gösterdiğinden, geçiş noktasını, Schrödinger’in kedisinin aynı anda hem ölü hem canlı algılanacağı kadar küçük boyutlara indiği yer olarak tanımladığımız düşünülebilir.”


Kaynak: Phys.org, Team finds ‘tipping point’ between quantum and classical worlds
< http://phys.org/news/2015-03-team-quantum-classical-worlds.html >


Bu içerik BilimFili.com yazarı tarafından oluşturulmuştur. BilimFili.com`un belirtmiş olduğu “Kullanım İzinleri”ne bağlı kalmak kaydıyla kullanabilirsiniz.

Etiket
  • Projelerimizde bize destek olmak ister misiniz?
  • Dilediğiniz miktarda aylık veya tek seferlik bağış yapabilirsiniz.
  • Destek Ol
Yorum Yap (1 )

Yorum yapabilmek için giriş yapmalısınız.

  • ismail 26 Mart 2015 - 14:32
  • Yazı için teşekkür ediyorum ama ben bu duruma pek olanak vermiyorum yinede bir cümleden geçse de esasında deneyi ciddi anlamda sorun yaratabileceği konusunda hem fikirim, bunun dışında birde Schrödinger’in kedisi deneyinde anlatım yanlış olmuş çünkü Schrödinger’in kedisi her iki süperpozisyonda da olabilir yani hem ölü hem canlı, ya ölü ya da canlı şeklinde değil yinede güzel bir paylaşım olmuş emeği geçenlere teşekkür ediyorum.

Bunlar da ilginizi çekebilir

Bağış Yap, Destek Ol!
Projelerimizde bize destek olmak isterseniz,
Patreon üzerinden
bütçenizi zorlamayacak şekilde aylık veya tek seferlik bağışta bulunabilirsiniz.
E-Bülten Üyeliği
Duyurulardan e-posta ile
haberdar olmak istiyorum.
Reklam Reklam Ver
Arşiv