Yeni X-Ray Teknikleriyle Kuantum Paradoksları Çözüldü…
Fizikçiler, günlük nesnelerin neden kuantum davranışları sergilemediğini açıklayabilecek teorileri test ederek kuantum mekaniğinin sınırlarını zorluyorlar. Araştırmaları, bu fenomenleri anlamada anahtar bir faktör olarak kendiliğinden radyasyon olasılığına odaklanıyor.
Uluslararası bir fizikçi ekibi, standart kuantum teorisine alternatifleri test etmek için bir yöntem geliştirdi ve kuantum etkilerinin kediler gibi daha büyük nesnelerde neden görünmediğine dair olası bir açıklama önerdi.
Bulguları, nesnelerin neden yalnızca mikroskobik düzeylerde kuantum özellikleri gösterdiğini araştırıyor ve bu yeni modelleri doğrulayabilecek kendiliğinden radyasyonla ilgili karmaşık deneyleri içeriyor.
Kuantum Paradokslarını Keşfetmek
Kuantum dünyasının görünürdeki tuhaflığı, genellikle Schrödinger’in bir gözlemci tarafından bakılana kadar hem canlı hem de ölü olma durumunda olan hayali kedisinin paradoksuyla örneklendirilir. Ancak gerçek dünyada, bu tür zombi kedigillerle asla karşılaşmayız. Kuantum etkileri kediler, insanlar veya evler gibi çok büyük nesnelere uzanmıyor gibi görünüyor ve fizikçiler bunun tam olarak neden olmadığı konusunda hemfikir değiller.
Şimdi, Foundational Questions Institute, FQxI tarafından finanse edilen uluslararası bir bilim insanları ekibi, standart kuantum teorisine olası bir açıklama sunan bazı önerilen alternatif modellerin geçerliliğini test etmek için yeni ve rafine bir yol önerdi. Çalışmaları yakın zamanda Physical Review Letters dergisinde bildirildi .
Üst üste binmeler ve Sınırları
Standart kuantum teorisine göre, bir nesne gözlemlenmeden önce, birden fazla çelişkili özelliğe sahip bir üst üste binme durumunda bulunabilir. Bunu anlamanın basitleştirilmiş bir yolu, parçacıkların aynı anda iki yerde olabileceğini veya radyoaktif bir atomun aynı anda hem bozunmuş hem de bozunmamış olabileceğini söylemektir, diyor İtalya, Frascati’deki Ulusal Nükleer Fizik Enstitüsü’nde (INFN) deneysel nükleer ve kuantum fizikçisi ve FQxI üyesi Catalina Curceanu.
“Yani, bir kediyi bir kutuya kilitlediğinizi ve içinde radyoaktif bir atom bozunduğunda zehir salınacağını hayal ederseniz, radyoaktif kaynağın bozunmuş ve bozunmamış durumların üst üste binmesinde olduğu bir senaryo ortaya çıkar ve böylece şişe hem açık hem de kapalı olur, zehir hem salınır hem de içeride tutulur ve kedi yaşam ve ölüm üst üste binmesinde olur,” diyor.
Kuantum Mekaniğinde Ölçüm Problemi
Deneylerde, örneğin 16 mikrogram ağırlığındaki bir safir kristal kadar büyük nesnelerde bu tür üst üste binmeler gözlemlenmiştir. Standart kuantum teorisine göre, üst üste binmeler prensipte daha büyük nesnelerde bile devam edebilir. Ancak bu üst üste binmeleri günlük yaşamda görmeyiz. Fizikçiler, evrimini izleyebilen bir ‘dalga fonksiyonu’ kullanarak kuantum sistemlerini matematiksel olarak tanımlarlar.
Curceanu, “Bazı nedenlerden dolayı, bu dalga fonksiyonları gözlemlendiğinde ‘çökmeye’ eğilimlidir – bu noktada, kuantum sistemleri günlük ‘klasik’ sistemler gibi davranır ve gerçek kuantum niteliklerini kaybeder,” diyor. “Ancak standart kuantum teorisi bize bunun nasıl veya neden olduğunu söyleyemez. Bu, kuantum mekaniğindeki sözde ‘ölçüm problemi’nin özüdür.”
Curceanu, “Gözlemlenen dalga fonksiyonları ‘çökmeye’ eğilimlidir; ancak standart kuantum teorisi bize bunun nasıl veya neden olduğunu söyleyemez” diyor.
Kuantum Çöküşü Modellerinin Sınırlarını Zorlamak
Ölçüm problemi, bilim insanlarından oluşan bağımsız ekiplerin, aralarında standart kuantum teorisine rakip alternatifler olan ve “dalga fonksiyonunun çöküşünü tetikleyen fiziksel bir süreci, sistem ne kadar büyükse çöküşün de o kadar hızlı gerçekleşeceğini” öne süren “kuantum çöküş modelleri”nin de bulunduğu farklı açıklamalar dizisi geliştirmesine yol açtı.
Curceanu, bu modellerin heyecan verici olduğunu, çünkü standart kuantum mekaniğinde bulunmayan, kendiliğinden radyasyon biçimindeki etkileri öngördüklerini açıklıyor. “Bu, deneylerin bir gün bu modellerin doğru olduğuna dair kanıt bulabileceği anlamına geliyor,” diyor.
Kuantum Çöküşü Araştırmalarındaki Gelişmeler
İki ana kuantum çöküş modeli türü vardır: Birincisi Sürekli Spontane Yerelleştirme (CSL) modelleri olarak adlandırılır ve çöküşe yerçekimi veya başka bir şeyle ilişkili olabilen veya olmayabilen içsel, rastgele bir süreç neden olur. Bu süreç kendiliğinden ve sürekli olarak gerçekleşir. İkinci model setinde çöküş açıkça yerçekimiyle ilişkilidir – örneğin, Macaristan, Budapeşte’deki Eötvös Loránd Üniversitesi’nden FQxI üyeleri Lajos Diósi ve İngiltere’deki Oxford Üniversitesi’nden Nobel Ödüllü fizikçi Roger Penrose tarafından bağımsız olarak geliştirilen sözde Diósi-Penrose modellerinde.
Curceanu ve meslektaşları ve diğer bağımsız gruplar, yüksek enerjili “gama” radyasyonu biçiminde bu tür kendiliğinden radyasyonun işaretlerini aramak için uzun yıllar harcadılar. Ancak, henüz, bunlar için hiçbir kanıt bulamadılar. Bu, fizikçilerin çöküş modellerinin çeşitli versiyonlarını (özellikle yerçekimiyle ilişkili çöküş modellerinin en basit versiyonunu) sınırlamalarını ve dışlamalarını ve ayrıca CSL modellerinin parametrelerini sınırlamalarını sağladı.
Spontan Radyasyona İlişkin Yeni Bakış Açıları
Haziran ayında Physical Review Letters dergisinde yayımlanan son çalışmalarında, yine INFN’den Curceanu, Diósi, Kristian Piscicchia ve Simone Manti, İrlanda’nın Belfast kentindeki Queen’s Üniversitesi’nden Sandro Donadi, İtalya’daki Trieste Üniversitesi’nden Angelo Bassi ve New Jersey’deki Rutgers Üniversitesi’nden FQxI üyesi Maaneli Derakhshani, daha düşük enerjilerdeki atom sistemlerinden X-ışını alanında yayılması gereken kendiliğinden yayılan elektromanyetik radyasyonun özelliklerini hesapladılar.
Ekip, en basit modeller için önceki beklentilerle büyük farklılıklar buldu. Piscicchia, “Oldukça şaşırtıcı bir şekilde, bu düşük enerjili rejimde kendiliğinden radyasyon oranının araştırılan atom türlerine güçlü bir şekilde bağlı olduğu bulundu , ” diyor. Manti, “İlk kez, emisyonun belirli çöküş modeline de bağlı olduğu bulundu,” diye ekliyor.
Manti, “İlk kez emisyonun belirli çöküş modeline bağlı olduğu da bulundu” diyor.
Çalışma kısmen, fizik bilimlerinde mavi gökyüzü araştırmalarını destekleyen hayırsever bir düşünce kuruluşu ve fonlama kuruluşu olan FQxI tarafından finanse edildi. Curceanu, “FQxI sayesinde kendiliğinden radyasyon özelliklerinin hesaplamalarını ilerletebildik ve bunları atomik sistemler için genişletmek üzere yeni yöntemler uygulayabildik” diyor.
Kuantum Deneylerinin Geleceği
Curceanu ve meslektaşları, bu X-ışınlarını aramak için İtalya’daki LNGS-INFN yeraltı laboratuvarında gerçekleştirilen kendi deneylerini güncelliyorlar. Birkaç hedef kullanarak özel deneylerde kendiliğinden radyasyon ile atomik yapı arasındaki öngörülen ilişkiyi keşfetmeyi planlıyorlar. Curceanu, “Bu, çöküş modellerini daha iyi sınırlamamızı ve bir sinyal bulunursa, buna neyin sebep olduğunu belirlememizi sağlayacak ve bu da elbette tüm bilimde muazzam sonuçlar doğuracaktır,” diyor.
Curceanu, “Bu, çöküş modellerini daha iyi sınırlamamızı ve bir sinyal bulunursa, buna neyin sebep olduğunu saptamamızı sağlayacak. Bu da elbette tüm bilimde muazzam sonuçlar doğuracaktır.” diyor.
