Kuantum Ölçek Simetrisi Ve Kuantum Sıçraması

Kuantum ölçek simetrisi, kuantum alan teorisinde ölçek değişmezliğinin gerçekleştirilmesidir. Kuantum etkili eyleminde uzunluk veya kütle boyutuna sahip hiçbir parametre yoktur. Kuantum ölçek simetrisi, kuantum dalgalanmaları tarafından, çalışan kuantum bağlantılarının varlığı yoluyla üretilir. Herhangi bir küresel simetride olduğu gibi, temel durum veya kozmolojik durum ölçek değişmez olabilir veya olmayabilir.

Ölçek simetrisinin kendiliğinden kırılması, büyük parçacıklara yol açar ve kütlesiz bir Goldstone bozonunu öngörür. Kütlesiz bir parçacık spektrumu, yalnızca temel durum ölçek simetrik olduğunda etkili eylemin ölçek simetrisinden kaynaklanır. Sabit bir noktaya yakın ölçek simetrisi, temel fiziğin çeşitli alanlarındaki gözlemler için önemli öngörülere yol açar.

Parçacık fiziği için ölçek simetrisi, zayıf etkileşimlerin Fermi ölçeği ile yerçekimi için Planck ölçeği arasındaki küçük orana yakından bağlıdır. Kuantum yerçekimi için ölçek simetrisi, bilinen tüm etkileşimler için bozucu olmayan yeniden normalleştirilebilir bir kuantum alan teorisine izin veren ultraviyole sabit nokta ile ilişkilidir.

Bu sabit noktadaki kütleçekim ve parçacık fiziği arasındaki etkileşim, Planck kütlesinin altındaki momentumlar için standart modelin veya diğer "etkili düşük enerji modellerinin" kuplajlarını tahmin etmeyi sağlar. Özellikle, kuantum kütleçekimi Higgs bozon kütlesi ile üst kuark kütlesinin oranını belirler. Kozmolojide, yaklaşık ölçek simetrisi, evrendeki tüm yapıların kökeninde bulunan neredeyse ölçek değişmez ilkel dalgalanma spektrumunu açıklar.

Kuantum ölçeğinde yaşamın en tuhaf yönlerinden biri, tüm parçacıkların bazen dalgalar gibi davranmasıdır. Max Planck, ilk olarak 1900 yılında kara cisim radyasyonunu açıklamak için "kuanta" kavramını ortaya attı ve Einstein'ın 1905'teki ek içgörüleriyle, bu, ışığın bir parçacık mı yoksa dalga mı olduğu konusundaki uzun süredir devam eden tartışmanın çözülmesine yol açtı. Ancak bu garip özellik fotonlarla sınırlı değildi. Fransız fizikçi Louis de Broglie, parçacık/dalga ikiliği kavramını 1925'te elektronlara genişletti.

Şayet 1920'lerde fizik öğrencisiyseniz, Niels Bohr'un atomun kuantum doğasını keşfettiğini biliyor olurdunuz. Bohr, hidrojen atomundaki elektronların belirli miktarda enerjiye sahip ayrı yörüngelere hapsedildiğini buldu. Daha yüksek bir yörüngeden daha düşük bir yörüngeye geçmek için, bir elektron bir foton, bir ışık kuantumu yayar ve anında daha düşük yörüngeye kayardı. Benzer şekilde, bir elektron belirli bir dalga boyundaki bir fotonu emdiğinde (ki Bohr bunu tahmin edebildi), enerji kazanır ve daha yüksek bir yörüngeye sıçrar (kuantum sıçraması).

De Broglie, Albert Einstein'ın 1905'te gösterdiği gibi, ışığın hem parçacık hem de dalga gibi davrandığının da farkındaydı. Ancak, 1920'de yalnızca ışık parçacık-dalga ikiliği sergiliyordu. Elektronlar ve protonlar (ikincisi 1919'da keşfedildi)

De Broglie, doktora derecesine hazırlanırken, diğer madde formlarının ilişkili dalgalara sahip olup olmadığını merak etti; özellikle, bir elektronun, tıpkı bir foton gibi, ilişkili bir dalgası olabilir miydi? Bir elektronun neden bir Bohr yörüngesini veya diğerini işgal edebileceğini, ancak ikisinin arasında bir yerde olamayacağını anlamaya çalışırken bunu düşündü. Ya bir elektronun, dalga boyu tam olarak ilk Bohr yörüngesine uyan, kendisiyle ilişkili bir dalgası varsa? Ya ikinci yörünge iki elektron dalgasına, üçüncü, üç ve benzeri elektron dalgalarına ev sahipliği yaparsa?

Böylece de Brogie, 1924 tarihli Recherches sur la théorie des quanta ( Quanta Teorisi Üzerine Araştırma ) adlı tezinde elektron dalgalarının varlığını öne sürdü . Hatta önerdiği elektron dalgalarının dalga boylarını bile tahmin etti.

Tezi inceleyenlerin, öneriyi Einstein'a gönderdiğini, onun da teze coşkuyla onay verdiğini ve de Broglie'ye doktora unvanı verildiğini söylüyor. Bu hala sadece bir hipotezdi. Işığın dalga doğası, onu bir ızgarayla kırınarak ve yalnızca dalgalarda oluşan girişim desenleri üreterek kolayca doğrulanabilir. Elektron dalgalarının da girişim yapması sağlanabilir. Ancak, varsa, elektron dalgalarıyla girişim desenleri üretmek daha zor olurdu, çünkü tahmin edilen dalga boyları çok kısaydı.