Kuantum Canavarı Uyandı! Bilim İnsanları Bir Fotonu İkiye Böldü, Arkasından Sonsuzluk Çıktı!

Kuantum Canavarı Uyandı! Bilim İnsanları Bir Fotonu İkiye Böldü, Arkasından Sonsuzluk Çıktı!

Bir fotonu ikiye bölmek, sonsuz sayıda parçacıktan oluşan bir sürü yaratıyor

Tanım gereği, temel parçacıklar daha küçük parçalara ayrılamaz. Ancak Physical Review Letters dergisinde yayımlanan yeni bir teorik çalışmada Johannes Skaar ve meslektaşları, tek bir foton için yine de böyle bir girişimde bulunulsa neler olacağını ortaya koydu. Cevap son derece tuhaf: Bir fotonu ikiye bölmeye çalışmak, iki adet daha küçük foton üretmek yerine, hiçlikten sonsuz sayıda fotonun ortaya çıkmasına neden oluyor.

İkiye bölmek imkansız

Her kuantum parçacığı gibi, bir foton da aynı anda hem tekil, yerelleşmiş bir parçacık hem de uzaya yayılmış, genişlemiş bir dalga olarak var olur. Araştırmaları kapsamında Skaar'ın ekibi, tek bir fotonun optik bir deklanşörden —özünde, bir ışık atımının (nabzının) bir kısmını engellemek için açılıp kapatılabilen çok hızlı bir aynadan— geçmesi durumunda neler olacağını inceledi. Eğer deklanşör yeterince hızlı olsaydı, fotonu atımın tam ortasında yakalayabilir ve bu genişlemiş dalganın bir kısmını kesip atabilirdi.

Sonrasında neler olacağını bulmak için araştırmacılar, fotonun temelindeki elektromanyetik alanın kuantum düzeyinde nasıl davrandığını tanımlayan kuantum denklemlerini uyguladılar. Daha spesifik olarak analizleri, fotonun kuantum durumunun deklanşörün müdahalesiyle tam olarak nasıl dönüşeceğini hassas bir şekilde izledi.

Sonsuz süperpozisyon

Bir tarafta bir foton, diğer tarafta ise bir vakum üretmek yerine deklanşör, çok daha tuhaf ve karmaşık bir şey ortaya çıkarıyor: Aynı anda sonsuz sayıda foton içeren durumların bir süperpozisyonunu.

Bu durumun nedeni, kuantum mekaniğinde boş uzayın aslında gerçekten boş olmamasıdır; gerçekte boş uzay, elektromanyetik alandaki dalgalanmalarla kaynamaktadır. Deklanşörü hızla açıp kapatarak, bu dalgalanmaların bozulduğunu ve bu süreçte kendiliğinden yeni fotonlar yarattığını tespit eden ekip, önemli bir noktaya da dikkat çekti: Eğer sadece deklanşörün çalıştığı bölgenin hemen her iki yanındaki alana bakacak olsaydınız, ortaya çıkan durum aldatıcı derecede normal görünürdü; bir tarafta tek bir fotondan, diğer tarafta ise basit bir vakumdan ayırt edilemezdi.

Daha derin kuantum araştırmaları

Bu sonuç, kuantum parçacıklarının gündelik nesnelerden ne kadar farklı davrandığının çarpıcı bir örneğini sunuyor; ayrıca kuantum sistemlerinin nasıl ölçüldüğü ve bilginin uzayda nasıl yerelleştiği konularında daha derin soruları gündeme getiriyor. Skaar ve meslektaşları, gelecekteki araştırmalarında şimdi bir adım daha ileri gitmeyi—birden fazla fotonun işin içine girdiği durumlarda veya analizin elektronlar gibi diğer temel parçacıkları da kapsayacak şekilde genişletildiğinde, aynı tuhaf fiziğin geçerli olup olmayacağını incelemeyi—planlıyorlar.

Kaynak: Phys