Illinois Urbana-Champaign Üniversitesi'nden (UIUC) fizikçiler, en hassas örnekleri dahi zarar vermeden ölçebilecek, gürültülü ortamlarda bile yüksek doğrulukla çalışan yeni nesil bir kuantum interferometresi geliştirdi. Bu yenilik, bilim dünyasında özellikle nanometrik düzeyde yapılan ölçümlerde devrim yaratma potansiyeli taşıyor.
ZORLU KOŞULLARA ÇÖZÜM
Bilim insanları uzun yıllardır, çok küçük, kırılgan veya belirsiz nesneleri ölçmekte büyük zorluk yaşıyor. Bu tür ölçümler, özellikle ışığın çok zayıf olduğu, örneklerin hassas olduğu ya da ortamın çok gürültülü olduğu durumlarda başarısız olabiliyor. Geleneksel interferometreler ışığın iki farklı yoldan geçirilerek karşılaştırılması prensibine dayansa da, bu sistemler bazı durumlarda yetersiz kalıyor. Özellikle ışığı yansıtmayan ya da ışığa karşı duyarlı örnekler için bu yöntem sınırlı kalıyor.
Bu noktada UIUC’de geliştirilen yeni interferometre sistemi, kuantum mekaniğinin temel ilkelerinden biri olan "dolanıklık" ilkesini kullanarak önemli bir fark yaratıyor. Araştırmacılar, birbirine dolanmış foton çiftlerini kullanarak çok daha hassas, güvenilir ve düşük ışık gerektiren ölçümler yapılabileceğini ortaya koydu.
KUANTUM GİRİŞİMİNİN GÜCÜ
Yeni sistemde, dolanık iki fotondan biri örnekten geçerken, diğeri referans yolu izliyor. Daha sonra bu fotonlar birleşerek girişim deseni oluşturuyor. Işığın örnek tarafından engellenmesi ya da ortamın çok parlak olması durumlarında dahi, fotonlar eş zamanlı tespit edildiğinde güçlü ve net bir sinyal üretilebiliyor.
Araştırma ekibi, bu sistemin benzer kuantum interferometrelere göre daha hızlı ve daha hassas ölçüm yapabildiğini, özellikle zaman içinde değişen çok küçük titreşimleri bile yakalayabildiğini ifade ediyor. Sistem, nanometre ölçeğindeki değişimleri saniyeler içinde tespit edebiliyor.
RENKLE ARTAN HASSASİYET
Araştırmacılar ayrıca "aşırı renk dolanıklığı" adı verilen bir tekniği de kullandı. Bu teknikte, dolanık foton çiftleri sadece hafif ton farklılıkları taşımak yerine, kırmızı ve mavi gibi oldukça farklı renklerde oluyor. Renk farkı ne kadar büyükse, ölçüm o kadar hassas hale geliyor. Ancak bu yöntemin ışık spektrumunun tamamını kullanmak gibi zorlukları da beraberinde getirmemesi için, sadece dar bir aralıkta, etkili bir bağ kurma yöntemi geliştirildi.
Bu sistem sayesinde, hem ışığa duyarlı hem de parlaklıktan etkilenen örnekler zarar görmeden incelenebiliyor. Örneğin yapılan bir testte, metalik bir filmin kalınlığı ölçüldü ve sonuç, yüksek hassasiyetli atomik kuvvet mikroskobu ile doğrulandı. Her iki ölçüm de tam olarak örtüştü.
BİLİM VE TEKNOLOJİDE DEVRİM
Yeni kuantum interferometresinin potansiyel kullanım alanları oldukça geniş. Tıpta, hassas dokulara zarar vermeden görüntüleme yapılabilmesi, biyolojide ışığa duyarlı canlıların davranışlarını doğal halleriyle gözlemleyebilme olanağı sunması dikkat çekiyor. Ayrıca mühendislikte, zorlu dış koşullarda malzeme izleme ve mekanik sistemlerdeki küçük titreşimleri tespit etme gibi uygulamalar da mümkün hale geliyor.
KURULUMDAKİ ZORLUKLAR
Ancak sistem henüz laboratuvar ortamına özgü karmaşık bir düzeneğe sahip. Geliştirilmiş versiyonunda, dikkatlice ayarlanmış ve birbirine bağlanmış birçok bileşen gerekiyor. Araştırmacılar, bu teknolojinin daha sade ve taşınabilir hale getirilmesi için çalışmalarını sürdürüyor. Hedef, bu güçlü ölçüm teknolojisinin gerçek dünya koşullarında pratik şekilde kullanılabilir hale getirilmesi.
Kuantum interferometresi, yalnızca bilimsel araştırmalarda değil, aynı zamanda tıp, mühendislik ve çevresel izleme gibi birçok farklı alanda yeni bir dönemin kapılarını aralayabilir.
