Feynman’ın 80 yıllık kuantum sırrı çözüldü! 1,4 milyon yol tek tek ölçüldü
Richard Feynman'ın 1948'de ortaya koyduğu ve kuantum fiziğinin temel taşlarından biri haline gelen "yol integrali" yaklaşımı, yaklaşık 80 yıl sonra ilk kez doğrudan deneyle sınandı. Araştırmacılar tek bir fotonu optik bir labirentten geçirerek 1 milyon 419 bin 857 farklı yolu ölçtü ve hesaplanan sonuçla gerçek davranışın örtüştüğünü gösterdi.
Google’da haber kaynağınızı Habertürk olarak seçmek için tıklayın 
Kuantum fiziğinde yıllardır kullanılan bir formül, ilk kez laboratuvarda doğrudan sınandı. Güney Çin Normal Üniversitesi’nden Shi-Liang Zhu ve ekibi, tek bir fotonu küçük aynalar ve kristallerden oluşan optik bir düzenekten geçirerek Feynman’ın yaklaşık 80 yıl önce ortaya attığı “yol integrali” yaklaşımının öngörülerini test etti. Deneyin sonunda ortaya çıkan sonuç, teorinin söylediğiyle aynıydı. Fotonun deneydeki gerçek davranışı, Feynman’ın matematiksel yaklaşımının verdiği sonuçla uyuştu.
FEYNMAN’IN 1948’DE ORTAYA ATTIĞI FİKİR
Richard Feynman, 1948 yılında kuantum parçacıklarının davranışını açıklamak için bugün “yol integrali” olarak bilinen yaklaşımı ortaya koydu.
Bu yaklaşıma göre bir kuantum parçacığının iki nokta arasındaki davranışını anlamak için yalnızca tek bir yol düşünülmüyor. Parçacığın başlangıç ve bitiş noktaları arasında gerçekleşebilecek bütün olası yollar hesaba katılıyor ve bunlar özel bir matematiksel yöntemle bir araya getiriliyor.
Yıllar içinde bu yaklaşım kuantum fiziğinin en önemli araçlarından biri haline geldi. Ancak dikkat çeken bir ayrıntı vardı: Feynman’ın formülü son derece başarılı biçimde kullanılmış olsa da “bütün yolların toplamı” fikri bugüne kadar doğrudan bir deneyle sınanmamıştı.
TEK BİR FOTON, MİLYONLARCA OLASI YOL
Shi-Liang Zhu ve meslektaşları, daha önce gerçekleştirdikleri çalışmaların üzerine yeni deneyi kurdu.
Ekip, önce fotonun kuantum durumunun bir deney bölümünden diğerine nasıl geçtiğini tanımlayan “yayıcı”ları ölçmüştü. Yeni deneyde ise bu yayıcıların ardışık şekilde birleştirilmesiyle yol integralinin doğrudan oluşturulabileceği fikrinden yararlanıldı.
Bunun için tek bir foton, küçük aynalar ve kristallerden oluşan mercekli bir optik labirentten geçirildi. Deney sırasında fotona ilişkin beş yayıcı ölçüldü.
Ancak bu beş yayıcının temsil ettiği olası yörüngelerin sayısı son derece büyüktü. Araştırmacılar toplam 1 milyon 419 bin 857 ayrı yolu ölçerek Feynman’ın formülünün öngörüsüyle karşılaştırdı.
Sonuç ise teoriyi doğruladı: Hesaplanan değer ile fotonun deneyde sergilediği davranış birbiriyle örtüştü.
ESKİ DENEY DÜZENEĞİ YETERLİ OLMAYACAKTI
Deneyin en zor kısmı, bu kadar fazla yolun ölçülmesi değildi yalnızca. Ölçümlerde oluşabilecek hata ve deneysel gürültü de sonuçların okunmasını güçleştirebilirdi.
Araştırmacılar bu nedenle daha önce kullandıkları düzeneğin hassasiyetini ciddi biçimde artırmak zorunda kaldı. Eski sistem kullanılsaydı beş yayıcının birbiriyle çarpılmasının ardından elde edilen verilerin neredeyse tamamen rastgele görüneceği belirtildi.
Zhu ve ekibi, deneyin hassasiyetini artırmak için düzeneğin birçok bölümünü aynı anda geliştirdi.
80 YIL SONRA DENEYSEL KARŞILIĞINI BULDU
Feynman’ın yaklaşımı, ortaya atıldığı günden bu yana modern fiziğin temel araçlarından biri olarak kullanılıyor. Parçacık fiziğinden kuantum mekaniğine kadar pek çok alanda başvurulan yöntem, şimdi doğrudan deneysel verilerle de sınanmış oldu.
Araştırmacılara göre deneyin sonucu şaşırtıcı değildi; çünkü formül yaklaşık 80 yıldır son derece başarılı sonuçlar veriyordu. Asıl dikkat çekici nokta, teorideki “bütün olası yolların toplamı” fikrinin artık doğrudan ölçülen deney verileri üzerinden görülebilmesi.
SIRADA DAHA KARMAŞIK DENEYLER VAR
Bu çalışma, yol integralinin daha karmaşık koşullarda test edilmesinin de önünü açabilir.
Araştırmacıların üzerinde durduğu olası sonraki adımlardan biri, fotonların yalnızca hava içinde değil, maddenin içerisinden geçerken farklı yollarının nasıl bir araya geldiğini doğrudan ölçmek.
Böylece yaklaşık 80 yıl önce ortaya atılan kuantum fikrinin, daha karmaşık fiziksel ortamlarda da nasıl davrandığı test edilebilecek.