Işığın Hızı ve Kuantum Dünyası
Işığın vakumdaki hızı, evrenin mutlak hız sınırı olarak kabul edilir. Albert Einstein’ın teorileri doğrultusunda, hiçbir nesne saniyede 299.792 kilometreden daha hızlı hareket edemez ve bu hızın aşılması için sonsuz bir enerji kaynağı gereklidir. Ancak, bazı özel koşullar altında ışık hızını aşmak mümkün görünmektedir.
Örneğin, ışık su gibi yoğun ortamlarda yavaşlar; suda ışığın hızı saniyede 225.000 kilometreye kadar düşebilir. Bu hâl, hâlâ oldukça etkileyici olsa da, nükleer reaktörlerde olduğu gibi farklı parçacıklar tarafından aşılabilir. Bu fenomen Çerenkov ışığı olarak adlandırılır. Ancak, ışıktan daha yavaş bir hız olan saniyede 225.000 kilometre, ışığın şimdiye kadar kaydettiği en düşük hızdan oldukça uzaktır.
1998 yılında, bilim insanları ışığı inanılmaz bir şekilde saniyede sadece 17 metreye veya saatte 61,2 kilometreye kadar yavaşlatmayı başardılar. Aslında bu deneyin amacı, ışığı yavaşlatmaktan çok daha fazlasını keşfetmekti. Ekip, ünlü fizikçi Satyendra Nath Bose tarafından ortaya konan bir teorinin pratikteki yansıması olarak Bose-Einstein Yoğunlaşması (BEC) adı verilen bir madde hâlini incelemek istiyordu.
Bose-Einstein yoğunlaşması, bozonlardan oluşan bir gazın mutlak sıfıra yaklaşan sıcaklıklarda soğutulmasıyla elde edilir. Bu durumda, atomlar genellikle tek bir atom gibi davranarak tek bir kuantum cismi oluştururlar. Bir makalede bu durum şöyle açıklanıyor: “Bir BEC’nin dalga fonksiyonu, makroskobik bir kuantum nesnesinin temel durumuna karşılık gelir.” Devamında ise: “Başka bir deyişle, bir BEC’deki atom topluluğu tek bir kuantum varlığı gibi davranır.”
1995 yılında gerçek dünyada ilk kez yaratılan bu garip yeni madde, kuantum davranışına makroskobik bir bakış açısı sunuyor. Sıfır viskozite gibi birçok ilginç özelliğe sahip olması nedeniyle, BEC’ler detaylı bir şekilde incelenmeye devam ediyor. 1998 yılında Rowland Bilim Enstitüsü’ndeki bilim insanları, vakum odasında sodyum atomlarını aşırı soğutarak bir BEC yaratmayı başardılar.
- Öncelikle sodyuma lazer ışınları ateşleyerek fotonları emerken parçacıkları yavaşlattılar.
- Daha sonra, bu yavaşlayan parçacıkları, atomların geldikleri yöne doğru geri iten başka bir lazer dizisine maruz bıraktılar.
- Güçlü bir manyetik alan tarafından yerinde tutulan atom bulutu, bu süreçle daha da yavaşlatıldı ve soğutuldu.
Ekip, bu yavaşlama ve yoğunlaşma bulutunun oluşmasının ardından, kuantum girişimini ayarlamak için genişliği boyunca bir lazere maruz bırakırken, uzunluğu boyunca ikinci bir lazer ateşledi. Bu koşullar altında, ışık önemli ölçüde yavaşlatıldı. Ekip, deneyleri hakkında “Başlangıçta neredeyse saf bir Bose-Einstein yoğuşması olarak hazırlanan bir atom bulutunda (yoğuşma oranı ⩾%90) darbe yayılımı için 17 [metre/saniye] ışık hızı elde ettik,” şeklinde yazdı ve devam etti: “Bulutun darbe yayılımı sırasında ve sonrasında bir yoğuşma olarak kalıp kalmayacağı, bu Mektubun kapsamı dışında kalan bir konudur.”
Ekip, tatmin edici sonuçlar elde etmenin ötesinde daha iyisini yapabileceklerini fark etti. Hau Lab web sitesinde ekip, “Kısa bir süre sonra, BEC için geçiş sıcaklığının hemen üzerindeki bir sıcaklığa soğutulmuş bir atom bulutunda bir ışık darbesini tamamen durdurmayı başardık,” diyerek ekledi: “Işık darbesi yavaşlatıldığında, sıkıştırıldığında ve atomik numune içinde tutulduğunda, kontrol lazer alanını aniden kapatıyoruz ve daha sonra tekrar açıyoruz. Kontrol lazeri tekrar açıldığında, ışık darbesi yeniden üretiliyor: Işık darbesini durdurabilir ve kontrol edilebilir şekilde yeniden üretebiliriz.”
Bu önemli bulgular, Nature dergisinde yayınlandı ve kuantum fiziği alanında yeni bir kapı araladı.
