Kuantum Kaosunun İzinde: Kara Deliklerle Kuantum Kimya Arasında Bağlantı Kuruldu
Kara Deliklerin Kuantum Bilgi Üzerindeki Etkileri Günlük Kimyada Keşfedildi
Hiçbir şey kuantum fiziğini, kara delikler olarak bilinen o uzay bükücü, madde yutan korkunç oluşumlar kadar karıştıramaz. Schrödinger’in kedilerini bir bilgi omletine dönüştürmek istiyorsanız, bir olay ufku bulun ve onları düşüşe bırakın.
ABD’deki Rice Üniversitesi ve Illinois Urbana-Champaign Üniversitesi’nden teorik fizikçiler ve kimyagerler, temel kimyanın kuantum bilgiyi neredeyse aynı derecede etkili bir şekilde karıştırabildiğini belirtiyorlar.
Ekip, yarı klasik fizik ile süper iletkenlik arasındaki kuantum etkileri boşluğunu doldurmak için yarım yüzyıldan daha uzun bir süre önce geliştirilen matematiksel bir araç kullandı. Tepkimeye giren parçacıkların hassas kuantum durumlarının, bir kara deliğin gücüne yaklaşan şaşırtıcı bir hız ve verimlilikle karıştırıldığını buldular.
Rice Üniversitesi fizik teorisyeni Peter Wolynes, “Bu çalışma, kuantum bilgisinin moleküllerde ne kadar hızlı karıştığı sorusuyla ilgili olan, kimyasal fizikte uzun süredir devam eden bir sorunu ele alıyor” diyor.
“İnsanlar, iki molekülün bir araya geldiği bir reaksiyonu düşündüklerinde, atomların sadece bir bağın oluştuğu veya bir bağın koptuğu tek bir hareket gerçekleştirdiğini düşünüyorlar.”
Atomların moleküller halinde birbirine yapıştığı klasik ‘top ve sopa’ modellerinin ardında, mühendislikten çok kumar matematiğiyle ortak noktaları olan çok daha karmaşık bir evren vardır.
Kuantum ortamında, parçacıkların kaderleri iç içe geçtikçe olasılık durumları bir poker oyunundaki oranlar gibi yükselip düşebilir. Tepkimedeki her dönüş – her yeni elektron, her eklenen proton – bahisleri ince ama kritik şekillerde değiştiren yeni bir kartı çevirir.
Klasik fizikte parçacıkların yeterli enerji ölçülerine göre bağlandığı veya sıçradığı ya hep ya hiç olaylarının aksine, kuantum durumları, bariyerlerin ücret ödenmeden aşıldığını görebilen şans unsurlarını içerir.
Tünelleme olarak bilinen bu kuantum kırıcılar, kuantum durumlarının evrimini haritalamayı daha da zorlaştırabilir. Düzgün bir bahis olarak başlayan şey, hızlı bir şekilde anlamlandırılması sayısız faktöre bağlı olan kaotik bir karmaşaya dönüşür.
Kuantum kaosunu tanımlayan küçük değişiklikleri parçalamanın bir yöntemi, zaman-dışı-düzen korelatörleri veya OTOC’lar olarak adlandırılan bir şeyi kullanır. İlk olarak 1960’larda süper iletkenliği modellemek için geliştirilen OTOC’lar, onlarca yıl sonra bilginin kara deliklerde yayılma şeklini anlamlandırmak için geri dönüş yaptı.
Illinois Urbana-Champaign’den kimyager Martin Gruebele, “Bir OTOC’nin zamanla ne kadar hızlı arttığı, kuantum sisteminde bilginin ne kadar hızlı karıştırıldığını, yani ne kadar çok rastgele görünen duruma erişildiğini gösterir” diyor.
Ekibin hesaplamaları, tünellemenin, özellikle yeterince düşük bir sıcaklıkta tutulduğunda, reaksiyona girmek için çok az enerji gerektiren sınırlı parçacık grupları arasında meydana gelme olasılığının yüksek olduğunu gösterdi.
Aslında, tünellemenin bu tür seğirmeli reaksiyonlarda ortaya çıkma eğilimi, kuantum bilgisini pikosaniye altı bir zaman ölçeğinde karıştırabilir. Bu, kuantum durumlarını alıp hepsini bir araya getirerek yumuşak bir hamur haline getirme konusunda gerçek ustalar olan kara deliklerin top sahasında.
İlginçtir ki, aynı reaksiyonlar daha gerçek bir ortamda gerçekleştiğinde – hacimli bir çözelti veya biyolojik bir malzeme çorbası gibi – aynı karıştırma davranışı “söndürülür”.
Kuantum kaosunu kimya düzeyinde haritalamak için doğru araçları bulan mühendislerin, istenmeyen yerlerde tünellemeyi en aza indirmek veya yenilikçi uygulamalar için kontrol etmek üzere malzemelere ince ayar yapabilecekleri umuluyor.
Gruebele, “Bu fikirlerin sadece belirli bir reaksiyonda tünelleme yapmayacağını, birden fazla tünelleme adımına sahip olacağınız süreçlere genişletme potansiyeli olduğunu” belirtiyor ve ekliyor: “Çünkü örneğin, güneş pilleri ve benzeri şeyler yapmak için kullanılan perovskitler gibi yeni yumuşak kuantum malzemelerin çoğunda elektron iletimi söz konusu.”
Derleyen: Deniz KAFKAS
Kaynak: Kuantum Kaosunun İzinde: Kara Deliklerle Kuantum Kimya Arasında Bağlantı Kuruldu
Şeytan Çekirdeği: 2 Fizikçiyi Öldüren 3,5 İnçlik Nükleer Küre