Işığın gürültüsü ve ışığın sıkıştırılması kavramları her ne kadar gündelik hayatta karşımıza çıkan kavramlar olmasa da bilimsel açıdan var olan yada en azından üzerinde tartışılan konulardır.

Kuantum dolaşıklığı, iki benzer parçacığın birbiri ile eşzamanlılığa sahip olmasını anlatır. İki elektron parçası arasındaki mesafe ışık yılı uzaklıkta olsa bile bu elektron birbirlerine mesaj gönderirler. Böylece bir elektron kendi çevresi etrafında sağa dönerken diğer bir elektron parçası sola dönecektir.

Kuantum dolaşıklığı , parçacıkların kaderlerini birbirine kilitleyebileceği çok küçüklerin şaşırtıcı dünyasında meydana gelebilecek bir olgudur. Teorik modellere göre, eğer bu parçacıklardan biri bir şekilde etkilenirse, örneğin dönüşünün değiştirilmesiyle, diğerleri, değiştirilmiş parçacıktan çok uzak olsalar bile, hemen eşleşen bir değişiklik yaşayacaklardır.

Einstein fikirle meşhur bir şekilde alay etti, ancak deneysel kanıtlar bir zamanlar saf teori olan şeyi destekledi. Parçacıklar büyük mesafelerle ayrılırken birbirine dolandı ve bu fenomen  sanat yapmak için bile kullanıldı .

Cambridge Üniversitesi’ndeki bilim adamları, yasalaştırmanın veya en azından gözlemlemenin imkansız olduğu düşünülen bir şekilde ışığı sıkıştırdılar. Bu süreçte, ışıkla ilişkili elektromanyetik gürültüyü, ışığın tamamen yokluğunda ölçülenden daha azına indirdiler.

Fizikçi olmayanlar için ışığı sıkma fikri çılgınca geliyor, ama aslında yıllardır ışığı sıkıyorlar veya en azından ışığın rastgele varyasyonunu (yani gürültüsünü) sıkıyorlar. Bu tekniği optik iletişim için ve kuantum dolaşıklık projelerinde  bile kullandılar. Şimdi Cambridge Üniversitesi bilim adamları aynı şeyi yapmanın yeni bir yolunu buldular ve herhangi bir uygulaması olup olmayacağını henüz bilmeseler de, daha önce düzgün bir şekilde ölçülmesinin imkansız olduğu düşünülen bir deneyi gerçekleştirmiş olmaktan heyecan duyuyorlar.

Bir fizikçi için  ışığı sıkıştırmak, normalde elektromanyetik radyasyonun doğal bir özelliği olan gürültüyü ortadan kaldırmak anlamına gelir. Gürültü, ışığın ne kadar yoğun olduğuna bağlı olarak kuantum seviyesindeki küçük dalgalanmalardır.

Heisenberg’in Belirsizlik İlkesi altında  gürültüyü ortadan kaldıramayız, ancak faz tutarlılığı pahasına genliğin (dalganın boyutu) kesinliğini artırarak (ne zaman zirve yaptığını bilmek) veya tam tersini yaparak onu etrafında kaydırabiliriz .

Yerleşik yöntem, doğrusal olmayan kristaller ve güçlü lazerler kullanır  ve tek atomlar ve az sayıda foton yerine büyük ölçekte çalışır.

1981’de Daniel Walls  ve Peter Zoller, ” rezonans floresansının sıkıştırılması” olarak adlandırılan farklı bir teknik  önerdiler . Bu, çok az miktarda ışık ve tek bir atom kullanmayı içerir. Teoride sağlam olsa da birçok fizikçi bunun ölçülemeyeceği sonucuna vardı. Ölçülebilir olmadan, gerçekleşmeyebilir de.

Ancak  Cambridge Üniversitesi St John’s College’ dan Mete Atatüre, Nature’ da sıkıştırılmış rezonans floresansının bir gösterimini duyurdu. Bunu mümkün kılan anahtar, yarı iletken kuantum noktaları  olarak bilinen yapay atomların yaratılmasıdır

Atatüre yaptığı açıklamada, “Bunu yapmayı başardık çünkü artık doğal atomlardan daha üstün optik özelliklere sahip yapay atomlara sahibiz. Bu, fotonların bu temel özelliğini gözlemlemek ve bunu kanıtlamak için gerekli koşullara ulaşabileceğimiz anlamına geliyordu” dedi. Bu garip sıkışma fenomeni gerçekten de tek bir foton düzeyinde var oluyor. Bu, fotonların ne yapması gerektiğine dair duyularımıza ve beklentilerimize tamamen ters düşen çok tuhaf bir etki.”

Evren, elektromanyetik alanın gücündeki belirsizliğin bir ölçüsü olarak tanımlanabilecek elektromanyetik gürültü ile doludur. Kuantum mekaniğinin sonuçlarından biri, bu gürültünün tam bir boşlukta bile var olmasıdır . Bir nesneye lazer gibi ışık yaydığımızda, gürültü normalde artar. Bununla birlikte, Belirsizlik İlkesi, momentumu yeterince bilinmediği sürece bir parçacığın konumunu çok doğru ölçmemize izin verdiği gibi, hakkında çok az bilgiye sahip olduğumuz sürece bir elektrik alanındaki dalgalanmaları azaltmamıza da izin verir.

Atatüre ve ekibi, bu teoriyi kullanmaya başladı ve neyin ölçülebileceği ve neyin ölçülemeyeceği arasında bir denge yarattı. Elektromanyetik alanın genliğindeki belirsizliği, vakum dalgalanmalarının %3 altına, yani normalde evrendeki en düşük seviyeden daha azına sıkıştırdılar. Makalede, Atatüre ve meslektaşları bunun “sezgilere aykırı göründüğünü” söyledi. Bu tür bir sıkıştırmanın, yalnızca bir fotonun hem dalga hem de parçacık olarak davranışıyla mümkün olduğunu, kuantum mekaniği etkilerinin görülmediği makroskopik dünyadan “klasik analojileri olmayan” bir şey olduğunu belirtiyorlar.

Yazarlar, kuantum noktalarının “doğal atom muadili üzerinde foton algılamada 100 kat iyileştirme” sağladığı için tespit edilebileceğini yazıyor, ancak aynı etkinin doğal atomlarda da meydana gelmesi bekleniyor.

 

Feyza YALÇIN
Kimyager

 

KAYNAKLAR
https://www.iflscience.com/