Schrödinger’in Kedisi Davranışı Atomlarda İlk Defa Görüntülendi

Atomsal Kedi Durumu

Takımın kullandığı teknik 0.3 Ångström’a (1 Ångström = 10^-10 metre) kadar olan tüm detayları 0.3 femtosaniyede (1 femtosaniye = 10^-15 saniye) elde etme imkanı sunuyor. Elde edilen bu görüntüler “atomsal kedi durumunun” ilk görsel temelini oluşturdu.

Ayrıca sitemizde Schrödinger’in Kedisi ile ilgili mevcut yazıdan konuyla ilgili detaylı bilgilere buradan ulaşabilirsiniz.

Evrenimizin doğası üzerine kafa yorarken ve kuantum mekaniğinin ne kadar garip olduğunu kanıtlamaya çalışırken bu deneyle yola çıktı Schrödinger. Çok yıllar sonra da fizikçiler, kedinin bu durumu gibi atomların da aynı anda iki durumda bulunabileceğini fark ettiler.

Birleşmiş Milletler Ulusal Standartları ve Teknolojileri Enstitüsü’nden Jennifer Ouellette 2005’teki açıklamasında, laboratuvarda altı adet atomun eş zamanlı olarak ‘spin-yukarı’ ve ‘spin-aşağı’ durumlarında bulundukları “kedi durumunu” oluşturabildiklerini belirtmişti.

Bu ilke kuantum bilgisayarlarının temelini oluşturmakla kalmadı, aynı zamanda fizikçiler atomları superpozisyon durumuna zorlamada daha iyi hale geldiler. Şimdiye kadar ise bu davranışı görüntülemeyi kimse başaramamıştı.

Bunun üstesinden gelebilmek için, Stanford Üniversitesi’nden ve Birleşmiş Milletler’in Ulusal SLAC Hızlandırıcı Laboratuvar’ından araştırmacılar iyotun iki atomlu molekülünü oluşturdular.

Bu molekülü X-ışını lazerine (Xaser) maruz bırakıp enerji absorblamasını sağladılar. Bu enerji molekülün kendi iki versiyonuna dönüşmesini sağladı - biri uyarılmış, öteki uyarılmamış düzeyde.

Xaser iyot gazı bulutundaki moleküllerin sadece %4-5’ine çarpmasına rağmen, bu moleküllerin bir kısmı uyarılmışken diğerleri uyarılmadı. Kuantum mekaniksel olarak anlatmak gerekirse, herbir molekül ‘biraz’ uyarılır, aynı Schrödinger’in Kedisi’nin hem ölü hem hayatta olması gibi.

Bu ikiye ayrılmış molekül tekrar X-ışını lazerine maruz bırakıldığında fotonlar ikisinden de saçılır ve hareketin X-ışını hologramını oluşturur - sinyaller birbirilerini kuvvetlendirdiğinde daha parlaklaşan ve sönümlediğinde de daha koyulaşan eşmerkezli halkalardan oluşan bir desen. LCLS detektöründe oluşturulan bu desen gösteriyor ki uyarılmış ve uyarılmamış düzeyler herbir molekülde eşzamanlı olarak oluşuyor. Eğer birbirlerinden çok az bile uzaklaştırılırlarsa bu desen oluşmuyor. Araştırmacılar bu deneyi art arda tekrar ettiklerinde de ilk defa bir molekülün iç işleyişini X-ışını hareketli görseli olarak kaydetmiş oldular.

Araştırmacılar, hareketli görselin temelini oluşturan uyarılmış düzeyden gelen sinyali kuvvetlendirmek için atom fiziğinden matematiksel yöntemleri kullandılar. Uyarılmış molekülün davranışını üç boyutta tayin edebilmek için bir referans noktası oluşturan uyarılmamış düzeyden gelen sinyal de böylece önemli bir rol oynadı.

“İyot gazı moleküllerinin milyarlarca görselinden elde edilen film, iyot molekülleri bu kadar enerjiyle uyarıldıklarında nasıl davranabildiklerini gösteriyor.” diyor araştırmacılardan Phil Bucksbaum. Bahsi geçen hareketli görseli aşağıda izleyebilirsiniz:

Peki bu hareketli görsel ne anlatıyor? Bucksbaum açıklıyor:

“İki atomun bir yaydaymış gibi birbirleri etrafında dönmelerini ve aynı zamanda atomlar arasındaki bağın kopup birbirinden uzaklaştığını görüyoruz. Eş zamanlı olarak, geri dönmelerinden önce bir müddet bir mesafede ayrı kaldıklarını ama halen birbirlerine bağlı olduklarını görüyoruz. Zaman geçtikçe, titreşim sönüyor ve moleküller durgunlaşmaya başlıyor. Mümkün olan bu durumların hepsi saniyenin birkaç trilyonunda gerçekleşiyor.

Yöntemimiz kuantum mekaniği için bir esas oluşturuyor, bu yüzden,  görme yetisi ile alakalı sistemler, fotosentez, DNA’yı UV hasarından korumak ve yaşamla ilgili diğer küçük moleküler sistemlerde denemek için sabırsızlanıyoruz.”

Konuyu anlatan bol mırlamalı ve bol kedili videoyu izleyebilirsiniz (İngilizce):

Kaynaklar
http://www.sciencealert.com/physicists-have-filmed-schroedinger-s-cat-behaviour-in-atoms-for-the-first-time
http://www.cemag.us/news/2016/09/molecules-imitate-schroedingers-cat-theory

İlgili Makale
https://arxiv.org/abs/1608.03039v2