Çeviren: Ümit Sözbilir Düzenleyen: Şule Selçuk
Özet: Fizikçiler kuantum tüneli açıp, parçacıkların engeller yoluyla kuantum tüneline geçişinin ne kadar sürdüğünü ölçtüler ve etkili bir şekilde anlık olduğunu buldular
Duvara bir top atarsanız, size geri gelecektir. İşte klasik fizik böyle çalışır. Ama elbette, kuantum fiziğinin dünyası çok daha tuhaftır. Bu yüzden aynı şeyi bir parçacıkla yaptıysanız, aniden diğer tarafta ortaya çıkma ihtimali var. Bu durum kuantum tünelleme olarak bilinen bir olgu sayesinde açıklanır. Şimdi, bir fizikçi ekibi bu sürecin ne kadar sürdüğünü ölçtü.
Bu ifade bir parçacığın bir bariyerden aşamalı olarak geçtiği bir görüntü anımsatabilir ancak burada bahsedilen tam anlamıyla bir “tünelleme” değildir. Aslında matematiksel rastlantısal bir olasılıktır. Farz edelim, bir parçacığı duvara attıktan sonra nereye gideceğinin olasılığının haritasını çıkarıyorsunuz. XTop duvardan uzaklaşacağı için olasılıklar oldukça yüksektir lakin kuantum dünyasında hiçbir zaman yüzde yüz emin olamazsınız. Parçacıkların duvarı görmezden gelerek diğer taraftaki yolculuğuna devam edeceği küçücük bir olasılık vardır.
Bilim kurgu gibi görünse de, kuantum tünelleme, elektron mikroskopları ve transistörler gibi gündelik malzemelerde yer alan (söz konusu cihazlar bu fiziksel olgu ile çalışır) iyi belgelenmiş bir olgudur. Elektronlar gibi temel parçacıkların da atomlarından düzenli olarak “tünellediği” bilinmektedir. Bu, radyoaktif bozulmanın ardındaki kilit etmendir.
Ancak olgu ile ilgili süregelen bir gizem, bir parçacığın bir bariyeri kullanarak tünel açmasının ne kadar sürdüğü veya herhangi bir zaman alıp almadığıdır. Bazı bilim insanları bunun anında gerçekleştiğine inanıyor ancak bu durum ışık hızından daha hızlı seyahat ettiği ve nedensellik ilkesini ihlal edebileceği anlamına geliyor.
Tünel açma süresini ölçmek için, Griffith Üniversitesi ve Avustralya Ulusal Üniversitesi’nden araştırmacılar, saniyede 1000 ışık atımı yapan yoğun bir lazerle hidrojen atomlarını patlattı. Burada elektronun atomdan kaçması için doğru koşullar sağlanarak çalışma ekibinin tünel açma işleminin ne kadar sürdüğünü tam olarak ölçmesini sağlıyor.
Peki sonuç nedir? Kuantum tünelleme anında veya en azından inanılmaz derecede hızlı bir şekilde gerçekleşiyor gibi gözüküyor. Araştırmacılara göre, kuantum tünelleme saniyenin milyarda birinin milyarda biri olan 1,8 atto saniyeden (1,8*10^-18 saniye) az sürüyor.
Çalışmanın ortak yazarı Robert Sang, ‘Bu etkileşime başlayabileceğimiz iyi tanımlanmış bir nokta var ve bu elektronun anında ortaya çıkması durumunda nereden çıkması gerektiğini bildiğimiz bir nokta var’ dedi. Sang “Yani o zamandan farklı olarak artık bariyeri aşmanın ne kadar uzun sürdüğünü biliyoruz. Geçiş işleminin ne kadar sürdüğünü böyle ölçebiliriz. Deneysel belirsizliğin anlık tünelleme ile tutarlı olduğu kuramla hemfikir olduğu ortaya çıktı.” diye ekledi.
İlginçtir ki, bu daha uzun tünel zamanlarını ölçen önceki çalışmaları ile çelişiyor. 2017’de Max Planck’taki araştırmacılar, kuantum tünellemenin 180 atto saniye kadar sürdüğünü tespit etti. Ancak yeni çalışmayı yürüten ekip, bunun gibi daha önceki deneylerin aşırı karmaşık ve hatalara yatkın olduğunu söylüyor. Örneğin, Max Planck çalışmasındaki ekip, yalnızca bir elektrona sahip olan hidrojenden çok daha karmaşık olan kripton ve argon atomlarını kullandı.
Çalışmanın ortak yazarı Igor Litvinyuk, “Başka yerlerde yapılan önceki testlerde, birkaç veya çok sayıda elektron içeren daha karmaşık atomlar kullanıldı. Farklı elektronlar arasındaki etkileşimi hesaba katmak için farklı yaklaşık modeller kullandılar ve zamanı bu modellerin dışında tuttular. Biz hiçbir yaklaşık model kullanmadık. Çünkü elektron-elektron etkileşimleri hakkında endişelenmek zorunda değildik. Ayrıca, bu deneylerden birinde, tek bir atom için zaman gecikmesini değil iki atom türü arasındaki bağıl zaman gecikmesini ölçtüler.” dedi.
Araştırmacılar, bu uzun süredir devam eden fizik gizemini çözdüklerini söylüyorlar. Ancak gerçek kuantum fiziği ruhu içinde, belki hiçbir zaman %100 emin olamayız.
Araştırma Nature dergisinde yayımlandı.
Profesör Sang, aşağıdaki videoda araştırmayı tartışıyor.
Haberin Aslı: https://newatlas.com/quantum-tunneling-time-measured-instantaneous/58879/
