Zamanda Kuantum Sıçraması: Ünlü Çift Yarık Deneyi Yeniden Tasarlandı
Fizikçiler, optik özelliklerini femtosaniyeler içinde değiştiren malzemeler kullanarak çift yarık deneyini zamanda yeniden yarattılar. Bu araştırma ultra hızlı optik anahtarlara ve zaman kristalleri ile metamalzemelerde ilerlemelere yol açabilir.
Uluslararası fizikçilerden oluşan bir ekip, ışığın parçacık ve dalga olarak davrandığını gösteren ünlü çift yarık deneyini uzay yerine zamanda yeniden yarattı.
Deney, yeni teknolojilerde ya da fizikteki temel soruları keşfetmek için kullanılabilecek, optik özelliklerini saniyenin kesirlerinde değiştirebilen malzemelere dayanıyor.
1801’de Thomas Young tarafından Kraliyet Enstitüsü’nde gerçekleştirilen orijinal çift yarık deneyi, ışığın bir dalga olarak hareket ettiğini göstermiştir. Ancak daha sonraki deneyler ışığın aslında hem dalga hem de parçacık gibi davrandığını göstererek kuantum doğasını ortaya çıkardı.
Bu deneylerin kuantum fiziği üzerinde derin bir etkisi olmuş, sadece ışığın değil, elektronlar, nötronlar ve tüm atomlar dahil olmak üzere diğer ‘parçacıkların’ ikili parçacık ve dalga doğasını ortaya çıkarmıştır.
Imperial College London fizikçilerinin liderliğindeki araştırma ekibi, deneyi uzay yerine zamanda ‘yarıklar’ kullanarak gerçekleştirdi. Bunu da ışığı, özelliklerini femtosaniyeler (saniyenin katrilyonda biri) içinde değiştiren ve ışığın yalnızca belirli zamanlarda hızlı bir şekilde geçmesine izin veren bir malzemeden geçirerek başardılar.
Monash Üniversitesi Fizik ve Astronomi Fakültesi Başkanı Profesör Stefan Maier, bu heyecan verici deneyde yer alan ekibin bir parçası ve Nature Physics adlı bilimsel dergide yayınlanan çalışmanın ortak yazarlarından biriydi.
Profesör Maier, “Zaman kristalleri kavramı ultra hızlı, paralelleştirilmiş optik anahtarlara yol açma potansiyeline sahip” dedi.
“Bu ayrıca dalga fiziğinin ve girişim gibi kavramları uzay alanından zaman alanına nasıl aktarabileceğimizin güzel bir göstergesidir.”
Imperial College London Fizik Bölümü’nden baş araştırmacı Profesör Riccardo Sapienza şunları söyledi: “Deneyimiz ışığın temel doğası hakkında daha fazla bilgi verirken, ışığı hem uzayda hem de zamanda hassas bir şekilde kontrol edebilen nihai malzemelerin yaratılması için bir basamak görevi görüyor.”
Orijinal çift yarık düzeneği, ışığı içinde iki ince paralel yarık bulunan opak bir ekrana yönlendirmeyi içeriyordu. Ekranın arkasında, içinden geçen ışık için bir dedektör bulunuyordu.
Yarıklardan bir dalga olarak geçmek için ışık, her bir yarıktan geçen iki dalgaya ayrılır. Bu dalgalar diğer tarafta tekrar karşılaştıklarında birbirleriyle ‘girişim’ yaparlar. Dalganın tepe noktalarının buluştuğu yerde birbirlerini güçlendirirler, ancak bir tepe ve bir çukurun buluştuğu yerde birbirlerini iptal ederler. Bu da dedektör üzerinde daha fazla ışık ve daha az ışık bölgelerinden oluşan çizgili bir desen oluşturur.
Işık aynı zamanda foton adı verilen ‘parçacıklara’ bölünebilir ve bunlar dedektöre her seferinde bir tane çarparak kaydedilebilir, böylece çizgili girişim deseni yavaş yavaş oluşur. Araştırmacılar her seferinde sadece bir foton ateşlediğinde bile, foton ikiye bölünmüş ve her iki yarıktan da geçmiş gibi girişim deseni ortaya çıkmıştır.
Deneyin klasik versiyonunda, fiziksel yarıklardan çıkan ışık yönünü değiştirir, bu nedenle girişim deseni ışığın açısal profiline yazılır. Bunun yerine, yeni deneydeki zaman yarıkları ışığın frekansını değiştirerek rengini değiştiriyor. Bu da birbiriyle etkileşime giren ışık renkleri yaratarak, girişim tipi bir desen oluşturmak için belirli renkleri artırıp iptal etti.
Ekibin kullandığı malzeme, çoğu cep telefonu ekranını oluşturan ince bir indiyum-kalay-oksit filmiydi. Malzemenin yansıtıcılığı lazerler tarafından ultra hızlı zaman ölçeklerinde değiştirilerek ışık için ‘yarıklar’ oluşturuldu. Malzeme, ekibin lazer kontrolüne beklediğinden çok daha hızlı yanıt vererek yansıtıcılığını birkaç femtosaniye içinde değiştirdi.
Malzeme bir metamalzeme – doğada bulunmayan özelliklere sahip olacak şekilde tasarlanmış bir malzeme. Işığın bu denli hassas kontrolü, metamalzemelerin vaatlerinden biridir ve uzaysal kontrolle birleştiğinde, kara delikler gibi temel fizik olaylarını incelemek için yeni teknolojiler ve hatta analoglar yaratabilir.
Imperial College’dan eş yazar Profesör Sir John Pendry şunları söyledi: “Çift zaman yarığı deneyi, bir ışık darbesinin zamansal yapısını radyasyonun bir periyodu ölçeğinde çözebilen yepyeni bir spektroskopiye kapı açıyor.”
Ekip bundan sonra bu fenomeni, atomik kristale benzeyen ancak optik özelliklerin zamanla değiştiği bir ‘zaman kristalinde’ keşfetmek istiyor.
Kaynak: https://scitechdaily.com
Derleyen: Figen Berber