İnsan Ölçeğindeki Bir Kütle, İlk Defa Kuantum Durumda Kalmaya Zorlandı ve Bu, Kütleçekim Araştırmalarında Çığır Açabilir!

İnsan Ölçeğindeki Bir Kütle, İlk Defa Kuantum Durumda Kalmaya Zorlandı ve Bu, Kütleçekim Araştırmalarında Çığır Açabilir!
Yazar Sarah McDonnell
6 dakika
20,583 Okunma Sayısı
Notlarım
Reklamı Kapat
Tarihi Geçmiş Haber

Bu haber 4 ay öncesine aittir. Haber güncelliğini yitirmiş olabilir; ancak arşivsel değeri ve bilimsel gelişme/ilerleme anlamındaki önemi dolayısıyla yayında tutulmaktadır. Ayrıca konuyla ilgili gelişmeler yaşandıkça bu içerik de güncellenebilir.

İnsan gözüne, durağan nesneler tam da öyle görünür: tamamen hareketsiz ve durgundurlar. Ama nesneleri tek tek atom ölçeğinde görmemizi sağlayan bir kuantum merceği verilseydi, masamızda boş boş duran bir elma, muazzam bir hareket halinde titreşen parçacıkların iç içe geçtiği bir çorba gibi görünürdü.

Son birkaç on yılda fizikçiler, atomları neredeyse durma noktasına gelece, yani bilimsel tabiriyle "hareketsel temel duruma" gelecek düzeyde süper-soğutmanın yollarını bulmayı başardılar. Fizikçiler bugüne kadar milyonlarca atomdan oluşan bulutları veya nanogram ölçeğindeki cisimler gibi küçük nesneleri, bu tür saf kuantum hallerine dönüştürdüler.

Şimdi ilk kez, MIT'de ve diğer üniversitelerde görev yapan bir grup bilim insanı, insan ölçeğinde olacak kadar büyük bir nesneyi hareketsel temel durumuna yakın olacak şekilde soğutmayı başardılar. Nesne, tek bir yerde bulunma anlamında somut bir nesne değildi; ancak her biri yaklaşık 40 kilogram ağırlığındaki dört ayrı nesnenin birleşik hareketinin oluşturduğu bir nesneydi. Araştırmacıların soğuttuğu "nesne"nin tahmini kütlesi yaklaşık 10 kilogramdı ve yaklaşık 1x1026 adet, yani yaklaşık 1 oktilyon atom içeriyordu.

Reklamı Kapat

Araştırmacılar, Lazer Interfrometre Kütleçekim Dalgası Gözlemevi'nin (LIGO) kütlelerin hareketini aşırı yüksek hassasiyetle ölçme ve kütlelerin toplu hareketini 77 nanokelvin'e kadar süper-soğutabilme yeteneğinden yararlandı. Bu sıcaklık, kullanılan nesnenin temel duruma erişeceği tahmin edilen 10 nanokelvinin azıcık uzağındaydı.

Araştırmanın Science'ta yayınlanan sonuçları, bugüne kadar hareketsel temel durumuna yakın olacak şekilde soğutulabilen en büyük nesneyi ilan etmiş oluyor.[1] Bilim insanları, artık kütleçekiminin devasa bir kuantum nesnesi üzerindeki etkisini gözlemleme şansına sahip olduklarını söylüyorlar. MIT'de makine mühendisliği yardımcı doçenti olan ve projeyi yöneten Vivishek Sudhir şöyle diyor:

Hiç kimse kütleçekiminin devasa kuantum durumları üzerine nasıl etki ettiğini gözlemlememişti. Bu çalışmamızda, kilogram ölçekli nesnelerin kuantum durumlarda nasıl hazırlanabileceğini gösterdik. Bu, nihayet, şimdiye kadar yalnızca hayal edilen bir şey olan kütleçekiminin büyük kuantum nesnelerini nasıl etkileyebileceğine dair deneysel çalışmaların kapısını açıyor.
Gelişmiş LIGO'da bulunan 40 kilogramlık 4 aynadan 1'i neredeyse kuantum temel duruma kadar soğutuldu.
Gelişmiş LIGO'da bulunan 40 kilogramlık 4 aynadan 1'i neredeyse kuantum temel duruma kadar soğutuldu.
Danny Sellers

Hassas Geri Besleme

Tüm nesneler, atomların birbirleriyle ve dış etmenlerle etkileşiminden kaynaklanan çok sayıda etkileşimin bir sonucu olan şekilde bir tür harekete sahiptir. Tüm bu rastgele hareket, bir nesnenin sıcaklığına yansır. Bir nesne mutlak sıfıra (0 Kelvin ya da -273.15 santigrat dereceye) yakın bir sıcaklığa kadar soğutulduğunda bile, hala "hareketsel temel durum" adı verilen, artık bir kuantum harekete sahip olacaktır.

Hareket halindeki bir cismi durdurmak için, onun hareketine sebep olan kuvvete eşit ve zıt yönlü bir kuvvet uygularız. Örneğin size doğru hızla gelen bir basketbol topunu durdurabilmenizin tek yolu, elinizle (veya vücudunuzla) onun hızını sıfıra indirecek düzeyde, harekete zıt yönlü bir kuvvet uygulamaktır. Bilim insanları, eğer bir atomun hareketlerinin büyüklüğünü ve yönünü tam olarak ölçmeyi başarırlarsa, o cismin sıcaklığını düşürmek için o harekete karşı kuvvetler uygulayabilirler. Bu, geri besleme soğutması olarak bilinen bir tekniktir.

Bugüne kadar fizikçiler, tekil atomları ve ultra hafif nesneleri kuantum temel durumlarına getirmek için lazer ışığı da dahil olmak üzere çeşitli yollarla geri beslemeli soğutma uyguladılar ve daha büyük, yani "geleneksel olarak klasik" olarak tabir edilen sistemlerde kuantum etkilerini incelemek için giderek daha büyük nesneleri süper-soğutmaya çalıştılar. Sudhir şöyle diyor:

Evrim Ağacı'ndan Mesaj

Bir şeyin sıcaklığa sahip olması, etrafındaki şeylerle etkileşime girdiğini gösterir. Ve daha büyük nesneleri etraflarında olup bitenlerden izole etmek daha zordur [bu nedenle onları soğutmak da daha zordur].

Büyük bir nesnenin atomlarını temel duruma yakın bir duruma dek soğutmak için, önce bu hareketi durdurmak için gereken geri besleme derecesini bilmek gerekir. Bunun içinse, o nesnenin tüm atomların hareketlerini aşırı yüksek hassasiyetle ölçmek gerekir. Dünyada çok az enstrüman böyle bir hassasiyete ulaşabilir. İşte LIGO, bunlardan biridir.

Gelişmiş LIGO'da bulunan 40 kilogramlık 4 aynadan 1'i neredeyse kuantum temel duruma kadar soğutuldu.
Gelişmiş LIGO'da bulunan 40 kilogramlık 4 aynadan 1'i neredeyse kuantum temel duruma kadar soğutuldu.
Danny Sellers

Kütleçekimi dalgalarını algılayabilen gözlemevi, ABD'deki birden fazla noktada bulunan ikiz interferometreler içerir. Her interferometre, L şeklinde birbirine bağlı olan ve her iki yönde de 4 kilometre uzanan iki uzun tünele sahiptir. Her tünelin her iki ucunda, interferometreye doğru gelen kütleçekim dalgası gibi düzensizliklere tepki olarak bir sarkaç gibi sallanan, ince liflerle asılı 40 kilogramlık birer ayna bulunur. Tünellerin bağlantı noktasında bulunan bir lazer ikiye bölünür ve her tünele gönderilir, ardından kaynağına geri yansıtılır. Lazerlerinin aynalardan yansıyıp geri gelme süresi, bilim insanlarına her bir aynanın bir protonun genişliğinin 1/10.000'i kadar bir hassasiyetle, kütleçekim dalgası gibi bir pertürbasyon altında ne kadar hareket ettiğini söyleyebilir.

Sudhir ve meslektaşları, önce insan ölçeğindeki büyük nesnelerin hareketini ölçmek için LIGO'nun hareket ölçüm hassasiyetini kullanıp kullanamayacaklarını, ardındansa nesneleri temel durumlarına getirmek için ölçtüklerinin tersine bir karşı kuvvet uygulayıp uygulayamayacaklarını merak ettiler.

Ters Hareketin Tersine Hareket!

Soğutmayı amaçladıkları nesne, tek bir ayna değil, LIGO'nun dört aynasının hepsinin birleşik hareketiydi. Sudhir, şöyle anlatıyor:

Reklamı Kapat

LIGO, 40 kilogramlık dört aynanın ortak hareketini ölçmek için tasarlandı. Görünüşe göre bu kütlelerin ortak hareketini matematiksel olarak haritalayabilir ve onları 10 kilogramlık tek bir nesnenin hareketi olarak düşünebilirsiniz.

Sudhir, atomların hareketini ve diğer kuantum etkilerini ölçerken, ölçme eyleminin bile aynayı rastgele iteleyip onu harekete geçirebileceğini söylüyor. Bu, "ölçüm ters hareketi" adı verilen bir kuantum etkisidir. Hareket hakkında bilgi toplamak için bir aynaya gönderilen lazer ışınını oluşturan fotonlar, bu aynadan yansırken, fotonun sahip olduğu momentum dolayısıyla aynayı geriye iterler. Sudhir ve meslektaşları, LIGO'da olduğu gibi aynaların hareketini sürekli ölçerek, daha sonradan gelen fotonlar tarafından taşınan bilgilerde, geçmiş fotonlardan kaynaklı rastgele geri tepmenin etkilerinin gözlemlenebileceğini fark ettiler.

Gelişmiş LIGO'da bulunan 40 kilogramlık 4 aynadan 1'i neredeyse kuantum temel duruma kadar soğutuldu.
Gelişmiş LIGO'da bulunan 40 kilogramlık 4 aynadan 1'i neredeyse kuantum temel duruma kadar soğutuldu.
Danny Sellers

Her aynada hem kuantum hem de klasik bozulmaların eksiksiz bir kaydını elde etmeyi başaran araştırmacılar, her aynanın arkasına bağlı elektromıknatısları kullanarak, aynanın hareketine eşit ve zıt olacak bir kuvvet uyguladılar. Bu etki, kolektif hareketi neredeyse durma noktasına getirdi ve aynalarda o kadar az enerji bıraktı ki, aynalardaki hareket 10-20 metreden daha düşük bir düzeye, yani bir protonun boyutunun binde birinden daha kısa bir mesafeye inecek kadar azaldı.

Ekip, daha sonra nesnenin kalan enerjisini veya hareketini sıcaklıkla ilişkilendirdi ve nesnenin 77 nanokelvin'de sabitlendiğini buldu. Bu, araştırmacıların aynanın hareketsel temel duruma erişeceğini tahmin ettikleri 10 nanokelvine çok yakındı. Sudhir, şöyle diyor:

Bu, atom fizikçilerinin atomları temel durumlarına ulaşmaları için soğuttuğu sıcaklıkla karşılaştırılabilir düzeydedir. Ancak onların kullandığı toplamda pikgramlar seviyesinde bir kütleye sahip olan, belki 1 milyon civarında atomdan oluşan küçük bir buluttur. Bu çalışmada çok daha ağır bir nesneyi aynı sıcaklığa dek soğutabilmemiz dikkat çekici ve önemlidir.

Whittle ise şöyle diyor:

Bir şeyi temel duruma ulaşacak şekilde hazırlamak, onu heyecan verici veya egzotik kuantum durumlarına sokmanın genellikle ilk adımıdır. Yani bu çalışma heyecan verici, çünkü bu diğer durumların bazılarını, daha önce hiç yapılmamış bir kütle ölçeğinde incelememize izin verebilir.
Okundu Olarak İşaretle

Bu yazımızda sözü edilen akademik makalenin yöntemi veya sonuçları ile ilgili bir sorunuz veya sorununuz mu var? Aşağıda, akademik makalenin yazarlarının iletişim adreslerini bulabilirsiniz.

Evrim Ağacı sadece bilimsel bir çalışmayı duyurmak ile mükelleftir; araştırmayı, araştırmacıları veya araştırmanın sonuçlarını savunmaz. Akademik bir makalenin sonuçlarını geçersiz kılmanın ana yöntemi, orijinal çalışmanın yöntemi, sonuçları veya tartışması ile ilgili hatalı noktaları tespit etmek ve bunu hakemli dergilerde yayınlamaktır. Bu yapılacak olursa, Evrim Ağacı o çalışmaları da memnuniyetle duyuracak ve/veya bu çalışmayı güncelleyecektir.

Makalenin Yazışmadan Sorumlu Yazarı:
Bu İçerik Size Ne Hissettirdi?
  • Tebrikler! 20
  • Bilim Budur! 10
  • Muhteşem! 7
  • İnanılmaz 7
  • Umut Verici! 7
  • Merak Uyandırıcı! 7
  • Mmm... Çok sapyoseksüel! 2
  • Grrr... *@$# 1
  • Güldürdü 0
  • Üzücü! 0
  • İğrenç! 0
  • Korkutucu! 0
Kaynaklar ve İleri Okuma
  1. Çeviri Kaynağı: Phys.org | Arşiv Bağlantısı
  • ^ C. Whittle, et al. (2021). Approaching The Motional Ground State Of A 10-Kg Object. Science, sf: 1333-1336. doi: 10.1126/science.abh2634. | Arşiv Bağlantısı

Evrim Ağacı'na her ay sadece 1 kahve ısmarlayarak destek olmak ister misiniz?

Şu iki siteden birini kullanarak şimdi destek olabilirsiniz:

kreosus.com/evrimagaci | patreon.com/evrimagaci

Çıktı Bilgisi: Bu sayfa, Evrim Ağacı yazdırma aracı kullanılarak 27/10/2021 14:25:56 tarihinde oluşturulmuştur. Evrim Ağacı'ndaki içeriklerin tamamı, birden fazla editör tarafından, durmaksızın elden geçirilmekte, güncellenmekte ve geliştirilmektedir. Dolayısıyla bu çıktının alındığı tarihten sonra yapılan güncellemeleri görmek ve bu içeriğin en güncel halini okumak için lütfen şu adrese gidiniz: https://evrimagaci.org/s/10611

İçerik Kullanım İzinleri: Evrim Ağacı'ndaki yazılı içerikler orijinallerine hiçbir şekilde dokunulmadığı müddetçe izin alınmaksızın paylaşılabilir, kopyalanabilir, yapıştırılabilir, çoğaltılabilir, basılabilir, dağıtılabilir, yayılabilir, alıntılanabilir. Ancak bu içeriklerin hiçbiri izin alınmaksızın değiştirilemez ve değiştirilmiş halleri Evrim Ağacı'na aitmiş gibi sunulamaz. Benzer şekilde, içeriklerin hiçbiri, söz konusu içeriğin açıkça belirtilmiş yazarlarından ve Evrim Ağacı'ndan başkasına aitmiş gibi sunulamaz. Bu sayfa izin alınmaksızın düzenlenemez, Evrim Ağacı logosu, yazar/editör bilgileri ve içeriğin diğer kısımları izin alınmaksızın değiştirilemez veya kaldırılamaz.

Reklamı Kapat
Size Özel
İçerikler
Instagram
Abiyogenez
Yok Oluş
Etimoloji
Işık
Radyasyon
Kas
Şempanzeler
Kütleçekimi
Yaşam
Sağlık Bilimleri
Elektron
Doğa Gözlemleri
Antikor
Canlılık Cansızlık
Kanıt
Elektrokimya
Dna
Gelişim
Yakınsak Evrim
Köpekler
Basınç
Genel Halk
Görme
Paleontoloji
Tarih
Daha Fazla İçerik Göster
Evrim Ağacı'na Destek Ol
Evrim Ağacı'nın %100 okur destekli bir bilim platformu olduğunu biliyor muydunuz? Evrim Ağacı'nın maddi destekçileri arasına katılarak Türkiye'de bilimin yayılmasına güç katmak için hemen buraya tıklayın.
Popüler Yazılar
30 gün
90 gün
1 yıl
EA Akademi
Evrim Ağacı Akademi (ya da kısaca EA Akademi), 2010 yılından beri ürettiğimiz makalelerden oluşan ve kendi kendinizi bilimin çeşitli dallarında eğitebileceğiniz bir çevirim içi eğitim girişimi! Evrim Ağacı Akademi'yi buraya tıklayarak görebilirsiniz. Daha fazla bilgi için buraya tıklayın.
Etkinlik & İlan
Bilim ile ilgili bir etkinlik mi düzenliyorsunuz? Yoksa bilim insanlarını veya bilimseverleri ilgilendiren bir iş, staj, çalıştay, makale çağrısı vb. bir duyurunuz mu var? Etkinlik & İlan Platformumuzda paylaşın, milyonlarca bilimsevere ulaşsın.
Podcast
Evrim Ağacı'nın birçok içeriğinin profesyonel ses sanatçıları tarafından seslendirildiğini biliyor muydunuz? Bunların hepsini Podcast Platformumuzda dinleyebilirsiniz. Ayrıca Spotify, iTunes, Google Podcast ve YouTube bağlantılarını da bir arada bulabilirsiniz.
Yazı Geçmişi
Okuma Geçmişi
Notlarım
İlerleme Durumunu Güncelle
Okudum
Sonra Oku
Not Ekle
Kaldığım Yeri İşaretle
Göz Attım

Evrim Ağacı tarafından otomatik olarak takip edilen işlemleri istediğin zaman durdurabilirsin.
[Site ayalarına git...]

Filtrele
Listele
Bu yazıdaki hareketlerin
Devamını Göster
Filtrele
Listele
Tüm Okuma Geçmişin
Devamını Göster
0/10000

Göster

Şifremi unuttum Üyelik Aktivasyonu

Göster

Şifrenizi mi unuttunuz? Lütfen e-posta adresinizi giriniz. E-posta adresinize şifrenizi sıfırlamak için bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Eğer aktivasyon kodunu almadıysanız lütfen e-posta adresinizi giriniz. Üyeliğinizi aktive etmek için e-posta adresinize bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Close
Geri Bildirim Gönder
Reklamsız Deneyim

Evrim Ağacı'nın çalışmalarına Kreosus, Patreon veya YouTube üzerinden maddi destekte bulunarak hem Türkiye'de bilim anlatıcılığının gelişmesine katkı sağlayabilirsiniz, hem de site ve uygulamamızı reklamsız olarak deneyimleyebilirsiniz. Reklamsız deneyim, Evrim Ağacı'nda çeşitli kısımlarda gösterilen Google reklamlarını ve destek çağrılarını görmediğiniz, daha temiz bir site deneyimi sunmaktadır.

Kreosus

Kreosus'ta her 10₺'lik destek, 1 aylık reklamsız deneyime karşılık geliyor. Bu sayede, tek seferlik destekçilerimiz de, aylık destekçilerimiz de toplam destekleriyle doğru orantılı bir süre boyunca reklamsız deneyim elde edebiliyorlar.

Kreosus destekçilerimizin reklamsız deneyimi, destek olmaya başladıkları anda devreye girmektedir ve ek bir işleme gerek yoktur.

Patreon

Patreon destekçilerimiz, destek miktarından bağımsız olarak, Evrim Ağacı'na destek oldukları süre boyunca reklamsız deneyime erişmeyi sürdürebiliyorlar.

Patreon destekçilerimizin Patreon ile ilişkili e-posta hesapları, Evrim Ağacı'ndaki üyelik e-postaları ile birebir aynı olmalıdır. Patreon destekçilerimizin reklamsız deneyiminin devreye girmesi 24 saat alabilmektedir.

YouTube

YouTube destekçilerimizin hepsi otomatik olarak reklamsız deneyime şimdilik erişemiyorlar ve şu anda, YouTube üzerinden her destek seviyesine reklamsız deneyim ayrıcalığını sunamamaktayız. YouTube Destek Sistemi üzerinde sunulan farklı seviyelerin açıklamalarını okuyarak, hangi ayrıcalıklara erişebileceğinizi öğrenebilirsiniz.

Eğer seçtiğiniz seviye reklamsız deneyim ayrıcalığı sunuyorsa, destek olduktan sonra YouTube tarafından gösterilecek olan bağlantıdaki formu doldurarak reklamsız deneyime erişebilirsiniz. YouTube destekçilerimizin reklamsız deneyiminin devreye girmesi, formu doldurduktan sonra 24-72 saat alabilmektedir.

Diğer Platformlar

Bu 3 platform haricinde destek olan destekçilerimize ne yazık ki reklamsız deneyim ayrıcalığını sunamamaktayız. Destekleriniz sayesinde sistemlerimizi geliştirmeyi sürdürüyoruz ve umuyoruz bu ayrıcalıkları zamanla genişletebileceğiz.

Giriş yapmayı unutmayın!

Reklamsız deneyim için, maddi desteğiniz ile ilişkilendirilmiş olan Evrim Ağacı hesabınıza üye girişi yapmanız gerekmektedir. Giriş yapmadığınız takdirde reklamları görmeye devam edeceksinizdir.

Destek Ol
Sizi Takip Ediyor

Devamını Oku
Evrim Ağacı Uygulamasını
İndir
Chromium Tabanlı Mobil Tarayıcılar (Chrome, Edge, Brave vb.)
İlk birkaç girişinizde zaten tarayıcınız size uygulamamızı indirmeyi önerecek. Önerideki tuşa tıklayarak uygulamamızı kurabilirsiniz. Bu öneriyi, yukarıdaki videoda görebilirsiniz. Eğer bu öneri artık gözükmüyorsa, Ayarlar/Seçenekler (⋮) ikonuna tıklayıp, Uygulamayı Yükle seçeneğini kullanabilirsiniz.
Chromium Tabanlı Masaüstü Tarayıcılar (Chrome, Edge, Brave vb.)
Yeni uygulamamızı kurmak için tarayıcı çubuğundaki kurulum tuşuna tıklayın. "Yükle" (Install) tuşuna basarak kurulumu tamamlayın. Dilerseniz, Evrim Ağacı İleri Web Uygulaması'nı görev çubuğunuza sabitleyin. Uygulama logosuna sağ tıklayıp, "Görev Çubuğuna Sabitle" seçeneğine tıklayabilirsiniz. Eğer bu seçenek gözükmüyorsa, tarayıcının Ayarlar/Seçenekler (⋮) ikonuna tıklayıp, Uygulamayı Yükle seçeneğini kullanabilirsiniz.
Safari Mobil Uygulama
Sırasıyla Paylaş -> Ana Ekrana Ekle -> Ekle tuşlarına basarak yeni mobil uygulamamızı kurabilirsiniz. Bu basamakları görmek için yukarıdaki videoyu izleyebilirsiniz.

Daha fazla bilgi almak için tıklayın