Kuantum fiziği alanında neredeyse bir asır süren ve sadece kağıt üzerinde var olan bir teori, laboratuvar ortamında gerçeğe dönüşmüş oldu. Avusturya'daki Innsbruck Üniversitesi liderliğinde uluslararası bir araştırma ekibi, ünlü fizikçi Hans Bethe'nin 1931 yılında öngördüğü "Bethe Sicimleri"ni (Bethe strings) ilk kez gözlemlediler.
'Nature Communications' dergisinde yayımlanan bu tarihi keşif, fizikte çığır açan bir gelişme olarak nitelendiriliyor.
Bethe Sicimi Nedir?
Gündelik dünyamız için konuştuğumuzda atomlar bir araya gelip molekülleri oluştururken aralarında fiziksel, kimyasal bağlar kurarlar. Ancak fizikçi Hans Bethe, bundan tam 95 yıl önce ilginç bir düşünce ortaya attı. Fiziğin kurallarını zorlayan bu düşünce: Parçacıkların hiçbir kimyasal bağ olmadan, sadece saf (kuantum etkileşimlerinin) oluşturduğu görünmez bir yapıştırıcı ile bir arada durabileceğini savundu.
On yıllardır laboratuvarda kanıtlanamamış olan bu özel duruma ise "Bethe Sicimleri" adı verildi. Kanıtlanamamasının ana sebebi olarak bu yapının üç boyutlu normal dünyamızda değil, sadece tek boyutlu (sadece ileri ve geri hareketin olduğu) sistemlerde var olabilmesiydi.
Peki İmkansız Deney Nasıl Gerçekleşti?
Bilim insanları, normal şartlarda imkansız olan bu 'tek boyutlu' ortamı laboratuvarda oluşturmak için son derece hassas bir sistem kurdular.
Aşırı Soğutma yolu: İlk adımda bir sezyum atomu bulutu, mutlak sıfıra (-273,15 °C) milyarda bir derece kalacak kadar aşırı soğutuldu. Bu işlem, atomların rastgele hareket etmesini durdurmak için yapıldı. Soğutulan atomlar, binlerce mikroskobik ince tüpün içine dağıtıldı. Bu tüpler ise çok dar yapıdalar, atomlar sadece tüp boyunca tek bir yönde (ileri-geri) hareket edebiliyordu. Tek boyutlu ortam böylece sağlanmış oldu.
Araştırmacılar özel lazerler kullanarak atomlar arasındaki itme kuvvetini çekme kuvvetine dönüştürdüler. Atomlar birbiri üzerine çökmek yerine, altı veya daha fazla parçacıktan oluşan diziler (sicimler) halinde birbirine bağlanmaya başladı.
Deneyin en şaşırtıcı kısmı ise, bu görünmez kuantum iplerinin ne kadar dayanıklı olduğuydu. Araştırmacılar, tüp içindeki farklı atom dizilerini birbirine doğru hızlandırıp çarpıştırdılar. Normalde dağılması beklenen bu gruplar çarpışmalardan, bütünlüklerini koruyarak çıktılar.
Ancak atomlar, kendilerini tek boyuta hapseden bu ince tüplerden çıkarılıp üç boyutlu serbest uzaya bırakıldıklarında sihir bozuldu ve tamamen dağıldılar. Parçacıkları bir arada tutan kuantum enerjisi anında serbest kaldı ve atomlar hızla etrafa yayıldı.
Bilim insanları artık teorik kuantum parçacıklarını sadece hesaplamıyorlar onları laboratuvarda oluşturabiliyor, düzenliyor ve hatta çarpıştırabiliyorlar da. Bu kontrol, kuantum bilgisayarlarının geliştirilmesinde, atom altı parçacıkların davranışlarının anlaşılmasında ve gelecekte yeni nesil malzemelerinin üretilmesinde de kritik öneme sahip olacak.