Bilim adamları sonunda atomları ışığın saçılmasını engelleyen bir kuantum etkisi tespit ettiler.
Mevcut tüm kuantum durumları dolduğunda, ultra soğuk atom bulutları daha şeffaf hale gelir.
Aşırı soğuk, yoğun bir atom bulutunda (mavi), bir kuantum etkisi, atomların ışığı saçıp dağıtmayacağını belirler (kırmızı oklar). Kuantum durumları tamamen doluysa, atomlar kuantum durumlarını değiştiremez ve ışık saçılmaz.
Ultra soğuk atomlardan oluşan bir bulut, neon üzerinde "boş yer yok" işareti olan bir motel gibidir.
Moteldeki bir misafir oda değiştirmek isterse, şansı kalmaz. Boş oda olmaması, olduğu yerde kalmaktan başka seçeneğin olmadığı anlamına gelir. Benzer şekilde, yeni deneylerde, kalabalık koşullarla kutulanmış atomların kuantum durumlarını değiştirmenin hiçbir yolu yoktur. 19 Kasım Science dergisinde üç araştırma ekibinin bildirdiğine göre, bu kısıtlama, atomların normalde olduğu gibi ışığı dağıtmadığı anlamına geliyor . Otuz yıldan fazla bir süre önce tahmin edilen bu etki, şimdi ilk kez görülüyor.
Normal şartlar altında, atomlar ışıkla kolayca etkileşir. Bir atom bulutu üzerinde bir ışık demeti tutarsanız, bu ışığın bir kısmını her yöne saçarlar. Bu tür ışık saçılması yaygın bir fenomendir: Dünya atmosferinde meydana gelir. Deneylerden birini gerçekleştiren MIT ekibinin bir parçası olan Yair Margalit, “Güneşten gelen saçılan radyasyon nedeniyle gökyüzünü mavi görüyoruz” diyor.
Ancak ultra soğuk, yoğun atom bulutlarında kuantum fiziği öne çıkıyor. Yeni Zelanda Dunedin'deki Otago Üniversitesi'nden fizikçi Amita Deb, "Işıkla etkileşime girme ya da ışığı dağıtma biçimleri farklıdır" diyor ve bir başka çalışmanın yazarlarından biri.
Pauli dışlama ilkesi adı verilen bir kurala göre , deneylerdeki atomlar aynı kuantum durumunu alamazlar, yani deneydeki başka bir atomla aynı momentuma sahip olamazlar ( SN: 5/19/20 ). Atomlar yoğun bir bulut içinde paketlenir ve mutlak sıfıra yakın bir sıcaklığa soğutulursa, en düşük enerjili kuantum durumlarına yerleşirler. Bu düşük enerjili durumlar, açık odası olmayan bir motel gibi tamamen doldurulacak.
Bir atom ışığı saçtığında, bir momentum tekmesi alır ve ışığı başka bir yöne gönderirken kuantum durumunu değiştirir. Ancak atom, kalabalık koşullar nedeniyle durumunu değiştiremezse, ışığı dağıtmaz. Atom bulutu daha şeffaf hale gelir ve ışığı dağıtmak yerine geçmesine izin verir.
Etkiyi gözlemlemek için, Margalit ve meslektaşları ışığı bir lityum atomu bulutu aracılığıyla ışınladılar ve saçtığı ışık miktarını ölçtüler. Ardından ekip, atomların en düşük enerji durumlarını doldurmasını sağlamak için sıcaklığı düşürdü ve ışığın saçılmasını bastırdı. Sıcaklık düştükçe, atomlar yüzde 37 daha az ışık saçtı, bu da birçok atomun ışığı dağıtmasının engellendiğini gösterdi. (Örneğin, boş olan daha yüksek enerjili kuantum durumlarına atılırlarsa, bazı atomlar hala ışığı saçabilir.)
Başka bir deneyde, Boulder, Colo.'daki JILA araştırma enstitüsünden fizikçi Christian Sanner ve meslektaşları , bir ultrasoğuk stronsiyum atomları bulutu üzerinde çalıştılar . Araştırmacılar, atomların ışık tarafından daha az itildiği ve bu nedenle boş bir kuantum durumu bulma ihtimalinin daha da düşük olduğu küçük açılarda ne kadar ışığın saçıldığını ölçtüler. Daha düşük sıcaklıklarda, atomlar daha yüksek sıcaklıklardakinin yarısı kadar ışık saçar.
Yine Otago Üniversitesi'nden Deb ve fizikçi Niels Kjærgaard tarafından gerçekleştirilen üçüncü deney, ultra soğuk potasyum atom bulutunda benzer bir saçılma düşüşünü ve buluttan ne kadar ışığın iletildiğine karşılık gelen bir artışı ölçtü .
Pauli dışlama ilkesi elektronların, protonların ve nötronların nasıl davrandığını da yönettiğinden, bildiğimiz haliyle atomların ve maddenin yapısından sorumludur. Sanner, bu yeni sonuçların geniş kapsamlı prensibi yeni bir bağlamda ortaya koyduğunu söylüyor. "Büyüleyici, çünkü doğada çok temel bir ilkeyi iş başında gösteriyor."
Çalışma ayrıca ışığı ve atomları kontrol etmenin yeni yollarını da öneriyor. Avusturya'daki Innsbruck Üniversitesi'nden araştırmaya dahil olmayan teorik fizikçi Peter Zoller, “Birçok ilginç uygulama hayal edilebilir” diyor. Özellikle, ışık saçılması, yüksek enerjili bir durumdaki bir atomun ışık yayarak daha düşük bir enerjiye bozunduğu kendiliğinden emisyon adı verilen bir süreçle yakından ilişkilidir. Sonuçlar, bozulmanın engellenebileceğini ve enerji durumunun ömrünün arttığını gösteriyor. Böyle bir teknik, örneğin bir kuantum bilgisayarda, normalde mümkün olandan daha uzun bir süre için kuantum bilgilerini depolamak için faydalı olabilir.
Zoller, şimdiye kadar bu uygulamaların hala teorik olduğunu söylüyor. “Ne kadar gerçekçi oldukları gelecekte keşfedilecek bir şey.”
