Yoğun bir kuantum gazını aniden şeffaf hale getiren bir kuantum fenomeni olan Pauli blokajı, şimdi üç bağımsız deneyde gözlemlendi.

Fizik


18 Kasım 2021

Deneyde kullanılan mavi lazer ışığı

Mavi lazer ışığı, kuantum etkilerinin stronsiyum atomlarından oluşan ultra soğuk bir gazda ışık saçılımını nasıl etkileyebileceğini ölçmek için kullanılıyor

Christian Sanner, Ye laboratuvarları/JILA

Yeterince soğuk yoğun bir kuantum gaz bulutu alırsanız, onun içini görebilirsiniz. Pauli blokajı adı verilen bu olay, atomlara yapılarını veren aynı etkilerden dolayı meydana gelir ve şimdi ilk kez gözlemlenmiştir.

Yeni Zelanda’daki Otago Üniversitesi’nden Amita Deb, “Bu, otuz yılı aşkın bir süredir teorik bir tahmindi” diyor ve bunu şimdi bağımsız olarak gören üç ekipten birinin üyesi. “Bu, deneysel olarak ilk kez kanıtlandı.”

Pauli blokajı, tüm atomları oluşturan protonları, nötronları ve elektronları içeren bir kategori olan fermiyon adı verilen bir parçacık türünden oluşan gazlarda meydana gelir. Bu parçacıklar, belirli bir sistemde hiçbir iki özdeş fermiyonun aynı kuantum durumunu işgal edemeyeceğini belirten Pauli dışlama ilkesi adı verilen bir kurala uyar.

Bunu fark eden üç takımdan hiçbirinin üyesi olmayan Urbana-Champaign’deki Illinois Üniversitesi’nden Brian DeMarco, “Yerden düşmemenizin nedeni de aynı etkidir” diyor. “Gözlemlemesi çok zor olan bu fizik etrafınızdadır ve maddenin yapısını ve kararlılığını belirlemenize yardımcı olur.”

Pauli blokajı, bir gazdaki fermiyonlar birbirine o kadar yakın paketlendiğinde meydana gelir ki, mevcut tüm kuantum durumları, Fermi denizi adı verilen bir madde biçiminde doldurulur. Bu durumda parçacıklar hareket edemez hale gelir ve ışık onlara momentum veremez. Parçacıklar tarafından emilen veya yanlarından yansıyan ışık momentum kazandıracağından, ışık gazla etkileşime girmeden parlamaya zorlanır.

Üç takımdan birinin üyesi olan Massachusetts Institute of Technology’den Yair Margalit, “Bu çok basit bir fenomen, ancak görülmesi şeytani bir şey” diyor. “Bunu görebilmek için bu aşırı koşullara ihtiyacınız var – yüksek yoğunluklar ve ultra düşük sıcaklıklar – ve bunların ikisini aynı anda elde etmek zor.”

Üç grubun tümü, manyetik tuzaklara yakalanan atomlarla benzer deneyler yaptı ve ardından mutlak sıfıra yakın bir sıcaklığa soğutuldu. Her biri farklı bir atom kullandı, ancak benzer sonuçlar buldu: Gazlar, bir Fermi denizi oluşturacak kadar soğuk ve yoğun olduklarında, gazlardan saçılan ışık önemli ölçüde daha düşüktü.

Deb, “Üç deneyin aynı anda ortaya çıkması ve sorunu farklı yönlerden dürtmesi harika bir şey” diyor. Üçünün de sonuçları birbiriyle uyumluydu.

Bu keşif, araştırmacıların, hızlı bir şekilde bozunma eğiliminde olan yüksek enerjili veya uyarılmış durumlarda atomları incelemesine yardımcı olabilir. “Başka bir yerden heyecanlı bir atom aldığımı ve onu bu Fermi atom denizine yerleştirdiğimi hayal edin. Ekiplerden birinin üyesi olan Colorado’daki JILA araştırma enstitüsünden Christian Sanner, heyecanlı durumdan geri dönmeye çalıştığında, gidecek hiçbir yeri yoktur, bu nedenle bu durumun ömrü yapay olarak uzatılır” diyor.

Araştırmacılar, fenomenin kuantum bilgisayarlarda da faydalı olabileceğini söylüyor. Bunun nedeni, bu aygıtların bazılarında kullanılan atomların gelen ışığa karşı aşırı duyarlı olabilmesi ve bilgisayarların parçalarını bir Fermi denizinde hazırlamak, bu duyarlılığı azaltabilir ve makinelerin kararlılığını artırarak kuantum durumlarını daha uzun süre korumalarına yardımcı olabilir.

Dergi referansları: Bilim, DOI:10.1126/science.abh3483, DOI:10.1126/science.abh3470, DOI:10.1126/science.abi6153

Gerçekliğin tuhaflığı hakkında aylık ücretsiz bir haber bülteni olan Lost in Space-Time’a kaydolun

Bu konular hakkında daha fazlası:



#Kuantum #fiziği #yıl #önce #tahmin #edilen #garip #etki #şimdi #gözlemlendi