Amerika Birleşik Devletleri ve Kanada’daki fizikçiler, Richard Feynman’ın iki yarıktan geçen tek elektronları içeren ünlü düşünce deneyini yeniden üretmek için şimdiye kadarki en iyi işi yaptıklarını iddia etmişlerdi. Bizi size 2013 yılında yayınlanan Physics World dergisinde yayınlamış olan bir deneyi tekrardan aktaracağız.
Bu deneyi bize IYTE’de hatırlatan Zafer Gedik Hocamıza teşekkürlerimizi sunuyoruz.
Araştırmacılar deneyi laboratuvarda tekrarlayan ilk kişiler olmasalar da, kendi versiyonlarının orijinal alıştırmanın özünü daha iyi yansıttığına inanıyorlar.
Feynman düşünce deneyini ilk olarak ünlü serisi The Feynman Lectures on Physics‘in üçüncü cildinde kuantum mekaniğindeki dalga-parçacık ikiliğini göstermek için bir teknik olarak önermişti. Kitapta okuyucudan tek tek elektronları iki yarıktan ateşlediğini hayal etmesini ve ardından her bir elektronun yarıkların arkasındaki bir ekrana nerede çarptığını belirlemesini ister.
Birkaç elektron yarıklardan geçtikten sonra, ekrandaki işaretler her bir elektronun dalga benzeri davranışını gösteren bir kırınım deseni oluşturacaktır. Bununla birlikte, yarıklardan biri kapalıysa, her elektron yalnızca diğer yarıktan geçebilir ve kırınım deseni oluşmaz, bu da her elektronun her iki yarıktan da geçtiğini gösterir.
Feynman Lectures on Physics’in üçüncü cildi 1965 yılında yayınlandığında, Almanya’daki Tübingen Üniversitesi’nden Claus Jönsson 1961 yılında deneyi gerçekleştirdiğinden beri fizikçiler bir elektron demetini çift yarığa göndermenin bir kırınım deseni oluşturduğunu zaten biliyorlardı.
Ancak Jönsson’un çalışması bir elektron demetinin dalga gibi davranabileceğini açıkça ortaya koyarken, Feynman’ın deneyinin kritik bir yönünü göstermedi: tek bir elektronun dalga gibi davranabileceğini.
İtalya’daki Bologna Üniversitesi’nden Giulio Pozzi ve meslektaşları tek elektronlu çift yarık kırınımını ilk kez 1974 yılında, tek elektronları bir biprizmadan (çift yarığa benzer şekilde çalışan bir elektron optik cihazı) geçirdiklerinde ve bir kırınım deseninin oluşumunu gözlemlediklerinde gösterdiler.
1989’da Akira Tonomura ve Japonya’daki Hitachi araştırma merkezindeki meslektaşları benzer bir deney gerçekleştirdiler.
Pozzi ve meslektaşları 2008 yılında çift yarık kullanarak ilk tek elektron deneyini rapor etmişlerdir. İtalyan araştırmacılar, beklendiği gibi çift yarık kırınım deseni oluşumuyla sonuçlanmayan deneyi bir yarık bloke edilerek de gerçekleştirdiler. 2012 yılında bilim insanları, çift yarıktan gelen elektronların teker teker yakalandığı bir başka deney daha gerçekleştirdiler.
Nebraska-Lincoln Üniversitesi’nden Herman Batelaan ve Waterloo, Kanada’daki Perimeter Teorik Fizik Enstitüsü’ndeki meslektaşları, Feynman’ın metodolojisine uygun bir çift yarık deneyi geliştirdiler.
Nebraska’da bir lisans araştırma projesi olarak başlayan çalışma, Perimeter’den Damian Pope’un Batelaan ve diğerlerinin deneyin pratik bir versiyonu üzerinde çalıştıklarını keşfetmesiyle ilgi çekmeye başladı. Perimeter’de sosyal yardım alanında çalışan Pope, düşünce deneyi üzerine bir video geliştirmekle ilgilendiğini ifade etmişti.
Ekip, altın kaplamalı bir silikon zarda çift yarık üretti. Her yarık 62 nm genişliğinde ve 4 μm uzunluğunda, 272 nm aralıklı. Her seferinde bir yarığı engellemek için, küçük bir maske piezoelektrik bir aktüatör kullanarak çift yarık boyunca ileri geri hareket etti.
Elektronlar bir tungsten filamentte üretildi, 600 V’a hızlandırıldı ve ardından bir ışın haline getirildi. Çift yarıktan geçtikten sonra çok kanallı bir plaka kullanılarak tespit edildiler.
Elektron tabancası her saniyede bir elektron gönderme üzerine ayarlanmıştı.
Elektron kaynağının yoğunluğu o kadar düşük ayarlanmıştı ki saniyede sadece bir elektron ölçülebiliyordu ve böylece her seferinde sadece bir elektronun yarıklardan geçmesi sağlanıyordu. Bu hızda, dedektör üzerinde gerçek zamanlı olarak yakalanan bir desenin oluşması yaklaşık iki saat sürdü.
Ölçümler maske çeşitli konumlarda iken yapılmıştır: başlangıçta her iki yarık, sonra bir yarık, sonra hiçbiri ve son olarak da karşı yarık bloke edilmiştir.
Beklendiği gibi, elektronlar her iki yarığa da erişebildiğinde çift yarık deseni görülebildi, ancak bir yarık bloke edildiğinde görülmedi.
Batelaan’a göre bu deney, daha önceki çift yarık çalışmalarından farklı olarak gerçek bir çift yarık kullandığı ve okurları için daha erişilebilir olduğu için özellikle de anlaşılması açısından önemlidir. 2002 yılında Physics World okuyucuları Young’ın tek elektronlu çift yarık deneyini “fizikteki en güzel deney” olarak seçti.
Kaynak: Physics World
