Kuantum fiziğinin hassas kuralları, yüksek sıcaklıklarda büyük nesneler üzerinde neredeyse her zaman başarısız olur. Ancak yeni bir araştırma, bu algıyı değiştirecek bir adım attı. Bilim insanları, kum tanesinden bin kat daha küçük cam bir kürenin dönme hareketini, parçacık yüzlerce derece sıcaklıkta olmasına rağmen, kuantum fiziğinin izin verdiği en sessiz duruma getirdi.
YÜZDE 92 SAFLIK
Çalışmada, parçacığın dönme hareketi yaklaşık yüzde 92 kuantum saflığına ve sadece 0,04 kuantum artık enerjiye kadar indirildi. Bu, şimdiye kadar yalnızca mutlak sıfıra yakın soğutulmuş sistemlerde görülebilen bir performans olarak öne çıkıyor. Araştırma ekibi, ulaşılan saflığın, kriyojenik ortamlarda mekanik olarak sabitlenmiş osilatörlerin performansını aştığını ve oda sıcaklığında yüksek saflıkta kuantum optomekaniği için yeni bir platform oluşturduğunu belirtti.
SEÇİCİ SOĞUTMA TEKNİĞİ
Geleneksel deneylerde, büyük nesnelerde kuantum davranışı gözlemek için parçacık vakumda havada tutulur ve neredeyse -273,15°C’ye kadar soğutulur. Bu yeni çalışmada ise bilim insanları, parçacığın tüm iç enerjisini soğutmak yerine yalnızca belirli bir hareketi (dönüşünü) hedef aldı.
Kullanılan nanoparçacık mükemmel bir küre yerine hafifçe eliptik bir formdaydı. Elektromanyetik alanda hapsolduğunda pusula iğnesi gibi belirli bir hizalama etrafında salınan bu parçacık, lazer ışığı ve hassas ayna sistemleriyle kontrol edildi.
YENİ DENEYLERE KAPI
Araştırmacılar, lazerlerin dönüşe enerji verip alabilmesini sağlayarak, enerji kaybını enerji eklenmesinden çok daha olası hâle getirdi. Böylece dönme enerjisinin neredeyse tamamı boşaltıldı. Kritik aşamada, lazerlerden kaynaklanabilecek kuantum gürültüsü de kontrol altına alındı.
Sonuç, parçacığın iç sıcaklığı hâlâ yüzlerce derece olmasına rağmen, dönme hareketinin kuantum temel durumuna son derece yakın bir hâle gelmesiydi. Bu, kuantum deneylerinde ultra düşük sıcaklık zorunluluğunu ortadan kaldırabilecek bir yöntem olarak öne çıkıyor.
GELECEKTE DAHA BÜYÜK HEDEFLER
Yeni yaklaşım, sistemin farklı hareket türlerini ayrı ayrı kuantum rejimine getirme fikrine dayanıyor. Böylece geri kalan kısımlar sıcak ve düzensiz kalırken belirli hareketler kuantum seviyesinde incelenebiliyor. Yöntem, biyolojik yapılar ve özel tasarım cihazlar gibi daha karmaşık sistemlerde büyük kriyojenik düzeneklere gerek kalmadan kuantum etkilerini keşfetmeyi kolaylaştırabilir.
Bununla birlikte, çalışma yalnızca belirli bir nanoparçacığın dönme hareketine odaklandı. Gelecek araştırmalar, bu prensiplerin diğer hareketlere, farklı şekillere ve malzemelere uygulanabilirliğini test edecek.
