Kuantum dünyasında Einstein'ın temel ilkesi ilk kez doğrudan ölçüldü

Oxford Üniversitesi, Ben-Gurion Negev Üniversitesi ve Ulm Üniversitesi'nin önde gelen fizikçilerinden oluşan uluslararası bir ekip, Einstein'ın yerçekimi teorisinin kuantum nesneler üzerindeki öngörülen etkisini ilk kez doğrudan gözlemledi. Nobel ödüllü fizikçi Sir Roger Penrose'un da yer aldığı ekip, düşen bir kuantum nesnesi üzerinde yapılan bu deneyle, modern fiziğin iki temel sütunu olan kuantum mekaniği ile Einstein'ın yerçekimi teorisi arasında uzun süredir beklenen deneysel bağlantıyı kurdu. Bilim dünyasında büyük yankı uyandıran araştırma, 2 Eylül tarihinde Science Advances dergisinde yayımlandı ve yerçekimi ile kuantum fiziğinin kesişim noktasında yeni bir dönemin kapılarını araladı.

Ben-Gurion Üniversitesi ekibinden tarihi kuantum yerçekimi deneyi

Bir asrı aşkın süredir fizikçiler, doğanın işleyişini açıklayan iki ayrı teorinin nasıl birleşebileceğini anlamaya çalışıyor. Kuantum mekaniği, atomlar ve küçük parçacıkların garip ve öngörülemez davranışlarını açıklarken; Einstein'ın yerçekimi teorisi, cisimlerin düşüşünü ve evrendeki kütleçekim etkilerini tanımlıyor. Ancak bu iki güçlü teori, şimdiye dek aynı çerçevede buluşamamıştı. Ben-Gurion Negev Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, bu zorluğu aşmak için Kuantum Galileo İnterferometresi adını verdikleri yeni nesil bir cihaz geliştirdi. Bu cihaz sayesinde, bir atomun kuantum dalga fonksiyonunu iki ayrı yola ayırarak, bir kısmını sabit tutup diğerini serbestçe düşmeye bıraktılar. Sonrasında, iki dalga yeniden birleştirildiğinde, yerçekiminin kuantum fazı üzerindeki etkisi hassas bir şekilde ölçüldü. Ölçülen faz farkı, Einstein'ın eşdeğerlik ilkesinin öngördüğüyle tam olarak örtüştü. Bu bulgu, kuantum nesneler üzerinde yerçekiminin nasıl çalıştığına dair ilk doğrudan kanıt olarak tarihe geçti.

Roger Penrose ve Ron Folman'dan kuantum-yerçekimi testi yorumu

Çalışmanın başyazarı Profesör Ron Folman, elde edilen sonucun, modern fiziğin en temel sorularından birine ışık tuttuğunu belirtti. Folman, "Yerçekimi ile kuantum teorisinin tek bir evren anlayışında nasıl birleşebileceği uzun zamandır tartışılıyor. Bu deney, iki teorinin birleşimi için önemli ipuçları sunuyor" dedi. Nobel ödüllü Sir Roger Penrose ise, kuantum süperpozisyonlarında yeterince büyük kütleye sahip nesneler için kuantum mekaniğinin bozulabileceği tezini yeniden gündeme getirdi. Ancak mevcut deney, bu hipotezi test edecek büyüklükte bir kütleyle gerçekleştirilmedi. Buna rağmen, ekip bu yeni tekniğin, gelecekte çok daha ağır nesnelerle yapılacak deneyler için bir temel oluşturduğunu vurguladı. Oxford Üniversitesi'nden Profesör Vlatko Vedral ise "Kuantum fiziğinin neden başarısız olması gerektiğine dair elimizde bir teori yok. Bu deney, kuantum mekaniğini yerçekimiyle sınırda buluşturdu ve tahminlerin doğruluğunu bir kez daha gösterdi" ifadesini kullandı.

Kuantum Galileo İnterferometresi ile yeni ufuklar açıldı

Deneyin merkezinde yer alan Kuantum Galileo İnterferometresi, atomların kuantum dalga fonksiyonlarını ayırıp birleştirerek, yerçekiminin bu dalgalar üzerindeki etkisini ölçme imkânı sundu. Araştırma ekibi, mutlak sıfıra yakın sıcaklıklarda soğutulmuş rubidyum atomları kullandı. Mikrodalga darbeleriyle atomlar kuantum süperpozisyona sokularak, aynı anda iki farklı yoldan ilerlemeleri sağlandı. Çip üzerindeki elektrik telleriyle oluşturulan hassas manyetik alanlar, atomik dalganın bir kısmına yukarı yönlü bir kuvvet uyguladı ve bu parça sabit tutuldu. Diğer parça ise, kontrollü bir manyetik darbe ile yukarı itildikten sonra serbestçe düşmeye bırakıldı. Düşüşün sonunda iki dalga birleştirildi ve aralarındaki faz farkı ölçüldü. Elde edilen sonuç, Einstein'ın eşdeğerlik ilkesinin kuantum nesneler için de geçerli olduğunu gösterdi. Önceki deneylerde kuantum parçacıklarının yerçekimiyle ilişkisi dolaylı olarak incelenmişti, ancak bu çalışma, serbest düşen bir nesnenin öngörülen kuantum fazını doğrudan ölçen ilk deney olarak öne çıktı.