Elektronlar temel atom altı parçacıklarıdır. Bu şu anlama gelir, daha küçük bir parçacığa bölünemezler, kırılmazlar. Fakat yeni bir araştırma elektronun kuantum durumu yani elektron dalga fonksiyonunun bir çok parçaya ayrılabileceğini öne sürüyor. Kuantum mekaniği teorisi yine bazı garip etkileri ile kendini gösteriyor gibi görünüyor.
Brown Üniversitesi’nden fizikçilerin yürüttüğü bu yeni araştırma ceviz kabuğundaki daha açıklayıcı olursak bir helyum kabarcığındaki kuantum mekaniğinin meselenin özünü kavrayan garipliğini ortaya koymaktadır.
Brown Üniversitesi’nde fizik profesörü Humphrey Maris deneylerde sıvı helyumdaki “elektron kabarcıklarını” ele aldı. Bu kabarcıkların çapı 4 nanometre civarında ve bu kabarcıklar bir serbest elektron sıvı helyum boyunca hareket ettiğinde ve etrafındaki atomları ittiğinde oluşur. Fizikçiler onlarca yıldır bu kabarcıkları çalışıyor ve 1960’lı yıllarda bir sıvı helyum tankına karşı ivmelenen elektronların diğer taraf üzerindeki bir dedektöre ulaşması için aldığı süre ölçülürken çok garip bir şey olarak keşfedildiler.
Şimdi bu habere konu olan deneylerde Maris bir elektronun kuantum durumu olan dalga fonksiyonunun parçalara ayrılmış bir şekilde olabileceğini ve bu parçaların da sıvı helyumun küçük kabarcıklarında tuzaklanabileceğini öne sürdü. Açık olmak gerekirse, araştırmacılar elektronun bölündüğünü elbette ki söylemiyorlar. Çünkü elektronlar bölünemez ve kırılmaz temel atom altı parçacıklardır. Fakat araştırmacıların söyledikleri şey bazı açılardan tuhaf.
Kuantum mekaniğinde, parçacıklar uzayda belirgin bir konuma sahip olmazlar. Bunun yerine, bir dalga fonksiyonu gibi bir parçacığın bulunabileceği tüm mümkün yerleşimleri kapsayan bir bulunma olasılığı söz konusudur. Maris ve çalışma arkadaşları bu olasılık dağılımının birbirinden ayrı ama kuşatılmış parçalar halinde olduğunu düşünüyorlar.
Maris elektronun bulunma şansını tuzakladıklarını söylüyor, ama parçalarını değil. Bunun bir piyango gibi bir şey olduğunu da ilave ediyor; piyango bileti satıldığında bir bilet satın alan herkes bir parça kağıt almış olur. Yani tüm bu insanlar bir şansı elinde tutarlar ve siz şansların her yere dağılmış olduğunu böylelikle düşünebilirsiniz. Ama sadece bir ödül var, yani bir elektron ve bu ödülün kime, nereye gideceği sonra belirlenir. Sonra yaptıkları deneyin bir elektronun bazı büyük fiziksel sistemlerle saf etkileşiminin bir ölçüm oluşturmadığına işaret ettiğini söylüyor. Burada dalga fonksiyonu iki veya daha fazla kabarcığa bölünebilir olması gariptir. Diyebilirsiniz ki, ne yani, bir dedektör bir kabarcıkta bir elektron buluyorsa, diğer kabarcıkta ne oluyor o zaman? Bu durumla ile ilgili gerçekten ilginç sorular ortaya çıkabilir.
Yeni araştırma Low Temperature Physics dergisinde “Study of Exotic Ions in Superfluid Helium and the Possible Fission of the Electron Wave Function” başlığı ile yayınlandı.
Araştırmacılar deneylerde karşılaştıklarını açıklamalarının tek yolunun dalga fonksiyonunun “fizyonu” olduğunu düşünüyorlar. Belirli durumlarda, araştırmacılar tahmin etmeye çalışmak durumunda kalabilirler, örneğin elektron dalga fonksiyonlarının sıvı helyumda ayrı parçalara bölündüğünü ve bu dalga fonksiyonu parçalarının da ayrı kabarcıklarda yakalandığını. Bu ayrı kabarcıklar tam dalga fonksiyonundan daha az içermektedir ve normal elektron kabarcıklarından daha küçüktürler. Böylece de daha hızlıdırlar. Tabii bunlar hep bir düşünce, deney sonuçlarına getirilen bir yorum.
Bir elektron sıvı helyumun yüzeyine çarptığında, burada elektronun bulunma olasılığından bir parça sıvının içine geçecektir ve birazı da geri sekecektir. Kuantum mekaniğinde, bu olasılıklar dalga fonksiyonunun bir parçasının bariyeri geçmesi ve diğer kısmının da yansıması şeklinde ifade edilir. Belki de küçük elektron kabarcıkları yüzey boyunca geçen dalga fonksiyonunun parçalara ayrılmasıyla oluşuyordur. Kabarcığın büyüklüğü dalga fonksiyonunun nasıl geçiş yaptığına bağlıdır. Bu da küçük elektron kabarcık büyüklüklerinin sürekli dağılımının deneylerde algılanmasını açıklayabileceği düşünüyorlar.
Elektron kabarcıkları hakkında daha detaylı bir yazı ile görüşmek üzere.
Gökhan Atmaca, MSc.
Takip: twitter.com/kuarkatmaca
İletişim: facebook.com/anadoluca
Kaynaklar:
http://www.nanowerk.com/nanotechnology-news/newsid=37895.php
http://blog.physicsworld.com/2014/10/30/can-the-electron-wave-function-be-trapped-and-divided/
