İlk defa, fizikçiler, parçacıkların bir kuantumdan diğerine geçerken alabilecekleri yolu haritalandırdılar.
Fizikte, "en az eylem yolu" olarak adlandırılan bir kavram, "en az dirençli yol" kavramına benzer şekilde, bir nesnenin en çok takip edeceği yolu tanımlar. Örneğin, atmış bir futbol çılgın döngüler ya da zikzaklarda dönme yerine havada parabolik bir ark izler. Bunun nedeni bir parabol yolunun ilmekli veya zikzak bir yoldan daha az "eylem" gerektirmesidir.
Ancak fizikçiler, elektronlar, nötrinolar veya fotonlar gibi kuantum parçacıklarının aynı kuralı takip edip etmediklerini bilmiyorlardı. Klasik fizik kurallarının çoğu, bu küçük parçacıklara uygulanmış görünmüyor. Bunun yerine, Einstein'ın bile “ürkütücü” olarak adlandırdığı kuantum mekaniğinin tuhaf kuralları tarafından yönetiliyorlar. [Tuhaf Fizik: Doğada Havalı Küçük Parçacıklar]
Kuantum parçacıkları aynı anda birden fazla yerde bulundukları durumlarda bulunabilirler - süperpozisyon olarak adlandırılan bir fenomen. Bir dalga fonksiyonu olarak adlandırılan matematiksel bir denklem, bir kuantum parçacığının aynı anda var olabileceği birçok olası yeri tanımlar. Ama birisi bu parçacıkların yerini veya hızını ölçmeye çalıştığı anda, onun dalga fonksiyonu çöker ve parçacık sadece bir noktada görünecek, geleneksel fiziğin yasalarına göre geriye düşecektir.
Bu, kuantum parçacıklarını aşırı derecede zorlaştırıyor, çünkü bilim adamları etrafta araştırmaya başladıkları zaman, parçacıkların kuantum durumları çöküyor. Bununla birlikte, fizikçiler tuhaf kuantum dünyasını izole etmenin ve onu invaziv olmayan bir şekilde aktarabilmenin bir yolunu geliştirdiler; Bu, bir durumdan diğerine değişirken parçacıkların en olası olduğu yolu haritalamalarını sağlar.
Orijinal teori üzerine çalışan Rochester Üniversitesi'nden fizikçi Andrew Jordan, “Kuantum sistemlerini izleyebilmek açısından büyük bir atılım” diyor WordsSideKick.com. "Sadece burada izin verilen fizik türlerinin yüzeyini çiziyoruz."
Ürdün teoriyi geliştirdi ve fikrini test etmek için bir deney tasarlamasına yardım eden Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley ve Washington Üniversitesindeki deneysel fizikçilere fikrini getirdi. Washington Üniversitesi'nde fizik profesörü olan Kater Murch, parçacıkların alabileceği muhtemel yolları çizdikten sonra, araştırma ekibini denemek için hangi yolun ortaya çıkacağını düşündüklerini gördü.
Murch, WordsSideKick.com'a "Hepimiz uzmanız, ama kimse kabul etmedi" dedi. "Bir kuantum devletinin diğerine nasıl geldiğine dair hiçbir fikrimiz yoktu."
Murch, ekibin süper iletken bir kuantum cihazı, esas olarak bakırdan yapılmış bir kutunun içinde bir devre kullandığını açıkladı. Sistem bir atomdan sonra modellenmiştir. Murch, tıpkı bir atom gibi birden fazla kuantum enerji seviyesine sahiptir ve bazen "yapay atom" olarak anılır.
Araştırmacılar kutuya mikrodalga parçacıklarının bir akışını ışınladılar. Bu parçacıklar süper iletken devre ile etkileşti ve daha sonra geri yansıdı. Yol boyunca, parçacıklar ya bir toprak haline (en düşük enerji durumu) ya da uyarılmış bir duruma (yer durumundan daha yüksek bir enerji seviyesine sahip herhangi bir duruma) son vermiştir. Bu iki durum arasında sonsuz sayıda süperpozisyon vardır, bu yüzden araştırmacılar, en yaygın olarak ortaya çıkan yolu belirlemek için deneyi 1 milyon kez tekrarlamıştır.
Sonuçlar, parçacıkların en sık bir dışbükey eğri taşıdığını ortaya çıkardı. Denklem, basittir ve partiküllerin alınma olasılığını hesaplamak oldukça kolaydır, Ürdün.
Murch, denemenin sonuçlarının kimyadaki "kutsal kefene" doğru bir adım olabileceğini ve kimyasal tepkimelerin etkinliğini en üst düzeye çıkarabileceğini söyledi.
Murch, "En temel seviyesinde, kimyasal reaksiyon, kuantum durumlarını birinden diğerine değiştirir." Dedi. "Bu yolun anlaşılması kimyagerlerin daha etkili kimyasal reaksiyonlar üretmesine yardımcı olabilir."
Ürdün, araştırmaların bir gün fizikçilerin kuantum sistemlerini doğrudan kontrol etmelerine yol açabileceğini de belirtti.
Deneyin ayrıntıları Nature dergisinin 31 Temmuz sayısında yayınlandı.
Kelly Dickerson'ı takip et heyecan. Bizi takip et @wordssidekick, Facebook & Google+. Hakkında orijinal makale Canlı Bilim.