Nötronların Garip Hareketi Doğanın Temelde Garip Olduğunu Kanıtlıyor

[™ Admin]

Nötronların Garip Hareketi Doğanın Temelde Garip Olduğunu Kanıtlıyor

En küçük ölçeklerde, gerçekliğe dair sezgisel görüşümüz artık geçerli değil. Fizik neredeyse temelde kararsızmış gibi, Evrenimizi pikselleştiren parçacıklara yaklaştıkça görmezden gelinmesi zorlaşan bir gerçek.

Bunu daha iyi anlamak için, fizikçiler onu yerleştirmek için tamamen yeni bir çerçeve tasarlamak zorundaydı, kesinlikten ziyade olasılığa dayalı bir çerçeve. Bu kuantum teorisidir ve dolanıklıktan süperpozisyona kadar her türlü olguyu açıklar.

Yine de kuantum teorisinin gördüğümüz şeyi açıklamada ne kadar yararlı olduğunu gösteren bir asırlık deneylere rağmen, Evrenin yapı taşlarının zaman ve uzayda güvenilir sabitler olduğu yönündeki 'klasik' görüşümüzü sarsmak zordur. Einstein bile fizikçi arkadaşına "Ay'a bakmadığınız zaman orada olmadığına gerçekten inanıyor musunuz?" diye sormak zorunda kalmıştı.

Onlarca yıldır çok sayıda fizikçi, makroskobik deneyimleri tanımlamak için kullandığımız fiziğin, tüm kuantum fiziğini açıklamak için de kullanılıp kullanılamayacağını sordu.

Şimdi yeni bir çalışma da cevabın kocaman bir hayır olduğunu belirledi.

Özellikle, bir nötron interferometresindeki bir ışında ateşlenen nötronlar aynı anda iki yerde bulunabilir, bu klasik fizikte imkansızdır.

Test, bir sistemin her zaman belirli bir şekilde kendisine sunulan durumlardan birinde veya diğerinde olduğunu belirten Leggett-Garg eşitsizliği adı verilen matematiksel bir iddiaya dayanmaktadır. Temel olarak, Schrödinger'in Kedisi ya canlıdır ya da cansızdır ve ölçümlerimizin sonucu etkilemesine gerek kalmadan hangi durumda olduğunu belirleyebiliriz.

Makro sistemler -sadece klasik fiziği kullanarak güvenilir bir şekilde anlayabildiklerimiz- Leggett-Garg eşitsizliğine uyar. Ancak kuantum alanındaki sistemler bunu ihlal eder. Kedi aynı anda hem canlıdır hem de cansızdır, kuantum süperpozisyonu için bir benzetme.

"Bunun ardındaki fikir, 2022'de Nobel Fizik Ödülü'nün verildiği daha ünlü Bell eşitsizliğine benziyor," diyor Viyana Teknoloji Üniversitesi'nden fizikçi Elisabeth Kreuzgruber.

"Ancak, Bell eşitsizliği, bir parçacığın davranışının başka bir kuantum dolaşık parçacığa ne kadar güçlü bir şekilde bağlı olduğu sorusuyla ilgilidir. Leggett-Garg eşitsizliği yalnızca tek bir nesneyle ilgilidir ve şu soruyu sorar: belirli zaman noktalarındaki durumu, aynı nesnenin diğer belirli zaman noktalarındaki durumuyla nasıl ilişkilidir?"

Nötron interferometresi, bir hedefe bir nötron demeti ateşlemeyi içerir. Demet aparattan geçerken, ikiye ayrılır ve demetin her bir ucu daha sonra yeniden birleşene kadar ayrı yollarda ilerler.

Leggett ve Garg teoremi, basit bir ikili sistem üzerinde yapılan bir ölçümün etkili bir şekilde iki sonuç verebileceğini belirtir. Gelecekte tekrar ölçün, bu sonuçlar ilişkilendirilecektir, ancak yalnızca belirli bir noktaya kadar.

Kuantum sistemleri için, Leggett ve Garg'ın teoremi artık geçerli değildir ve bu eşiğin üzerindeki korelasyonlara izin verir. Aslında bu, araştırmacılara bir sistemin anlaşılması için bir kuantum teoremine ihtiyaç olup olmadığını ayırt etme yolu sağlayacaktır.

"Ancak, bu soruyu deneysel olarak araştırmak o kadar kolay değil," diyor Viyana Teknoloji Üniversitesi'nden fizikçi Richard Wagner. "Makroskobik gerçekçiliği test etmek istiyorsak, o zaman belirli bir anlamda makroskobik olan, yani günlük hayattaki olağan nesnelerimizin boyutuna benzer bir boyuta sahip bir nesneye ihtiyacımız var."

Bunu başarmak için, interferometredeki nötron ışınının iki parçası arasındaki boşluk, kuantumdan daha çok makro bir ölçektedir.

"Kuantum teorisi, her bir nötronun aynı anda her iki yolda da hareket ettiğini söyler," diyor Viyana Teknoloji Üniversitesi'nden fizikçi Niels Geerits. "Ancak, iki kısmi ışın birbirinden birkaç santimetre uzaktadır. Bir anlamda, kuantum standartlarına göre çok büyük olan bir kuantum nesnesiyle uğraşıyoruz."

Araştırmacılar, birkaç farklı ölçüm yöntemi kullanarak, nötron ışınlarını farklı zamanlarda incelediler. Ve elbette, ölçümler, makro gerçekliğin klasik kurallarının devreye girmesi için çok yakından ilişkiliydi. Ölçümlerine göre, nötronlar aslında birkaç santimetrelik bir mesafeyle ayrılmış iki ayrı yolda aynı anda hareket ediyorlardı.

Bu, içinde yaşadığımız Evreni tanımlamak için kuantum teorisine gerçekten ihtiyacımız olduğunu gösteren uzun bir Leggett-Garg deneyleri dizisinin sonuncusu.

"Deneyimiz gösteriyor ki: Doğa gerçekten de kuantum teorisinin iddia ettiği kadar tuhaf," diyor Viyana Teknoloji Üniversitesi'nden fizikçi Stephan Sponar. "Hangi klasik, makroskopik olarak gerçekçi teoriyi ortaya atarsanız atın: Gerçekliği asla açıklayamayacak. Kuantum fiziği olmadan işe yaramıyor."

Kaynak: Science Alert