Fizikçiler Şimdiye Kadarki En Ağır "Schrödinger Kedisi" İle Yeni Kuantum Rekoru Kırdı

Bir kum tanesinden biraz daha ağır olan titreşen küçük bir kristal, konumların üst üste bindirilmesiyle şimdiye kadar kaydedilen en ağır nesne haline geldi.

İsviçre Federal Teknoloji Enstitüsü (ETH) Zürih'teki fizikçiler, Erwin Schrödinger'in ünlü düşünce deneyini benzeri görülmemiş bir ölçekte etkili bir şekilde kopyalamak için kuantum hesaplamada yaygın olarak kullanılan bir tür süper iletken devreye mekanik bir rezonatör bağladılar.

İronik bir şekilde, Schrödinger bu kadar büyük bir şeyin - yani herhangi bir şeyin - belirsiz bir gerçeklik durumunda var olabileceği konusunda biraz şüpheci olurdu.

Süperpozisyon durumlarının günlük deneyimlerimizde bir karşılığı yoktur. Bir futbol topunun düşüşünü izleyin ve düşüş hızını bir kronometre ile takip edebilirsiniz. Son dinlenme pozisyonu gün gibi açıktır ve uçuş sırasında nasıl döndüğü bile bellidir.

Düşerken gözlerinizi kapatırsanız, bu konum veya davranış durumlarının farklı olabileceğini düşünmek için hiçbir neden yoktur. Yine de kuantum fiziğinde, pozisyon, spin ve momentum gibi özellikler, siz topu yerde dururken görene kadar anlamlı bir şekilde var olmaz.

Schrödinger, teorik fiziğin diğer ağır topu Albert Einstein ile birlikte, bir gözlem onlara bir özellik kazandırana kadar parçacıkların kesin özelliklerden yoksun olduğunu öne süren deneylerin yorumlarına tam olarak hevesli değildi.

Nobel ödüllü Avusturyalı, tüm bu fikrin ne kadar saçma olduğunu göstermek için, bir parçacığın gözlemlenmemiş konumunun gözlemlenmemiş bir kedinin yaşamıyla bağlantılı olduğu bir senaryo tanımladı.

İsterseniz, bozunan bir atomdan rastgele fırlayan bir parçacığın bir Geiger sayacına çarptığını, bir zehir şişesinin parçalanmasına neden olduğunu ve bir kediyi anında öldürdüğünü hayal edin. Tüm bunlar bir kutunun içinde gerçekleştiğinden, olaylar ve zamanlamaları gözlemlenemez.

Kuantum fiziğinin Kopenhag Yorumu olarak bilinen yorumuna göre, görünmeyen sistem, son durumu gözlemlenene kadar tüm olasılıkların olduğu bir durumda var olur. Parçacık hem yayılır hem de yayılmaz. Geiger sayacı hem etkinleştirilir hem de etkinleştirilmez. Zehir şişesi hem parçalanmıştır hem de parçalanmamıştır. Ve kedi hem canlı hem de ölüdür.

Bu ölümcül bulanıklığı resmetmek neredeyse imkansızdır, ancak Schrödinger'in kendi tasarladığı dalga benzeri denklemde kolayca temsil edilebilir.

Neredeyse bir asır sonra, Schrödinger'in kedisi artık bir şaka değil. Sadece küçük parçacıklarda değil, tüm moleküllerde (binlerce atomdan oluşan kümelerden bahsetmiyorum bile) gözlemlenmiştir. Kedinin asla ölmemesini sağlamak için kutuyu manipüle edebiliriz. Hatta kediyi ayırmak için düzeneği bile kurcalayabiliriz. Aslında, tüm teknolojiler süperpozisyon durumundaki nesnelerin prensipleri üzerine kurulmuştur.

Şimdiye kadar hiçbir gerçek kedi bir kuantum deneyi tarafından tehdit edilmemiş olsa da - çünkü bilirsiniz, etik - teori netliğini koruyor. Kediler, hatta insanlar, filler ve hatta dinozorlar kadar büyük nesneler de elektronlar, kuarklar ve fotonlarla aynı şekilde süperpozisyon durumlarında var olabilirler.

Matematik şüpheye çok az yer bırakıyor, ancak böylesine bulanık bir varoluşun etkilerini büyük ölçekte gözlemlemek bambaşka bir hikaye.

Atomik düzeyde, gerçekleşmemiş kaderlerin bir lekesi oldukça ilkel ekipmanlar kullanılarak görülebilir. Nesnelerin özellikleri büyüdükçe, süperpozisyonun parmak izlerini deneysel olarak ortaya çıkarmak zorlaşır.

Bu son deneyde, yüksek otonom yığın akustik dalga rezonatörü veya HBAR, 16,2 mikrogramlık bir kedi görevi gördü. Bıyıkları ve balık nefesi eksikliğini, bir akımla çalıştırıldığında kısa bir frekans aralığında mırıldanabilmesi gerçeğiyle telafi etti.

Kıdemli yazar ve ETH Zürih fizikçisi Yiwen Chu, "Kristalin iki salınım durumunu bir süperpozisyona sokarak, etkili bir şekilde 16 mikrogram ağırlığında bir Schrödinger kedisi yarattık" diyor.

Radyoaktif atom, Geiger sayacı ve zehir rolleri için ekip, deneyin güç kaynağı, sensörü ve süperpozisyonu olarak görev yapan süperiletken bir devre olan bir transmon kullandı.

İkisini birbirine bağlamak, araştırmacıların HBAR'ı harekete geçirmelerini sağladı, böylece salınımları aynı anda iki fazda titredi, bu da transmon'a geri beslenen bir fenomen oldu.

Gelecekteki deneylerin ne kadar büyük olabileceği açık bir sorudur. Pratik açıdan bakıldığında, süperpozisyonda ölçeğin sınırlarını zorlamak kuantum teknolojisini daha sağlam hale getirmek için yeni yöntemlere yol açabilir ya da madde ve kozmos üzerinde çalışmak için her zamankinden daha hassas araçların temelini oluşturabilir.

Temelde, maddenin bir süperpozisyonda olmasının ne anlama geldiği konusunda hala sorular vardır. Kuantum mekaniğinin daha hassas hale getirilmesinde onlarca yıl süren ilerlemeye rağmen, kutuyu açmanın Schrödinger'in kedisinin kaderinde neden bir fark yaratması gerektiği konusunda hala bir netlik yok.

Bir olasılığı gerçeğe dönüştürmenin ne anlama geldiği, Schrödinger'in olmaması gereken bir kediye dair akıl almaz fikrini hayal ettiği zamanki kadar parçacık fiziğinde gizemini koruyor.

Bu araştırma Science dergisinde yayınlandı.