Maddenin girişim ve süperpozisyon sergileyen dalgalara benzer davranışını ortaya koyan ünlü kuantum çift yarık deneyi, ilk kez yarık olarak kullanılan moleküllerle gösterildi. Richard Feynman bir keresinde, çift yarık deneyinin kuantum mekaniğinin bulmacalarını ortaya çıkardığını ve bizi “doğanın paradoksları, gizemleri ve tuhaflıklarıyla karşı karşıya bıraktığını” söylemişti. Fizik dünyasının kavramsal kısmında çığır açıcı bir bilim insanı olan Feynman’ın yeri Kuantum Dünyası’nda tartışılmazdır. Bir anlamda artık Döteryum Molekülleri Klasik Kuantum Yarık Deneyi nin bir parçası haline gelmiş oluyordu.
Yani bu deneyde bildiğimiz mekanik bir parça kullanma yerine yarık olarak moleküller kullanılıyor.
Richard Zare, Nandini Mukherjee ve Stanford Üniversitesi araştırmacıları kuantum süperpozisyonu durumunda olan helyum atomlarının döteryum molekülleri ile çarpıştığı zaman oluşan saçılmanın birbiriyle etkileşime girip iki farklı yol alabileceğini gösterdi.
Araştırmacılar yapılan deneyin çarpışmasında dönme enerjisini kaybeden dağınık döteryum molekülleri üzerindeki etkilerine bakarak girişimin oluştuğunu gözlemlemişler.
Yarık deneyi ile ilgili olarak kısa bir bilgi verelim.
Kuantum mekaniğe giriş dersinin ilk konulardan biri olan yarık deneyi, Kuantum Dünyasının bilinen en ünlü deneylerinden biridir. Bu deney de ışığın hem dalga hem de parçacık olabileceğini kanıtlanmıştır.
Zare ve meslektaşları çarpışmaları 1K (–272°C) gibi etkili bir sıcaklıkta yaptıkları deneyle döteryum ve helyum karışımından oluşan ultra soğuk bir moleküler ışını oluşturdular.
İki setlik polarize helyum lazer kullanarak, döteryum moleküllerini belirli bir enerji durumu ve referansa göre birbirlerinden ayırdılar. Lazer bir anlamda döteryum atomlarını dağıtan iki “yarık” görevi görüyordu.
En önemlisi, araştırmacılar döteryum moleküllerini her iki yönelimin uyumlu bir üst üste bindirilmesinde de hazırlayabilirlerdi.
Yani, üst üste binen iki durumun dalga fonksiyonları birbiriyle eşzamanlı olarak kalabilecekti.
Helyum atomları üst üste binen moleküllerden saçıldığında, atomlar her iki yönelimi de aynı anda hissettiriyordu.
Klasik çift yarık deneyinde, kuantum parçacıklarının her biri yörüngelerin süperpozisyonunda her iki yarıktan geçmektedir. Bu durumda, tersine, sanki konumların üst üste binmesi durumunda olan tek bir yarık varmış gibi oluyordu.
İngiltere, Oxford Üniversitesi’nden fiziksel kimyager David Clary, çalışmanın moleküler saçılmanın molekülleri farklı değerli rotasyonel durumları anlamamızı sağladı diye ekliyor.
“Bütün ilk ve son kuantum durumlarında bu tür geçişleri ölçebilen bir deney uzun zamandır bir hedefti” diyor.
Stanford ekibi de, farklı dönme durumlarını ortaya çıkarmak için kuantum girişimi kullanarak “bu yönde ilerleme kaydedildi” diye ekliyor.
Moleküler saçılmada kuantum girişim etkileri daha önce görülmüştür.
Önceki bir deneyde, bir oksijen molekülünden yayılan fotoelektronlar için girişim gözlemlendi. Her bir elektron iki atom çekirdeğinden herhangi biri ile etkileşime girebiliyordu.
Ancak bu deneyi farklı kılan şeyin “yarıkların tam kontrolü bizde” deniyor. İki atomlu bir molekülde olduğu gibi sabit bir ilişki içinde değiller.
Ancak molekülerin üst üste bindirilmesiyle oluştuklarını ve böylece isteğe göre ayarlanabildiğini söylüyor. Örnek olarak ta yapılan ayarlamaların yarık genişliğini değiştirmek gibi diye de ekliyor.
Clary, saçılan moleküllerin tüm ilk ve son kuantum durumlarının seçildiği bir deneyin kuantum kontrolünü sağlanabileceğini umuyor.
Mukherjee, yaklaşımın bimoleküler gaz fazlı kimyasal reaksiyonlar için de işe yarayacağını söylüyor. Bu durumda, kuantum kesinliği ile “reaktif kimyasal çarpışmaların ürününü kontrol edebilirsiniz” diyor.
Araştırmacılar, sonuçlarının kuantum davranışının temel yönlerini de araştırdığına inanıyorlar.
Zare, “Yeni bir tür maddenin hazırlanmasını tanımlıyoruz: üst üste binen durumlarla ilgili bilinen ve kontrol edilebilir bir faz. Başka bir deyişle bu faza sahip durumları için hazırlanan bir molekül” diyor.
Yöntemlerinin, kuantum olgularının çevre ile etkileşimler yoluyla klasik sonuçlara dönüştüğü uyumsuzluğu incelemekte kullanılabilir diyor.
Kaynak: chemistryworld
