Fizikçiler, nötrino isimli atomaltı parçacığın konumundaki belirsizliğe yeni bir sınır koydular. Nötrinolar, kuantum özelliklerinden dolayı ilginç davranışlarıyla tanınırlar. Şimdi ise bilim insanları, bu parçacıkların özelliklerinden biri olan kuantum belirsizliğine dair yeni bir limit belirlediler.
Nötrinolar, bir türden diğerine dönüşerek seyahat ederler. Bu garip fenomen, nötrino salınımı olarak bilinir ve kuantum belirsizliğine dayanır. Kuantum nesnelerinin konumları veya momentleri gibi özelliklerine içsel olan bu belirsizlik, nötrinolar için doğrudan ölçülmemiştir.
Colorado School of Mines’dan nükleer fizikçi Kyle Leach, “Nötrinonun kuantum özellikleri hâlâ keşfedilmeyi bekleyen bir alan,” diyor.
Heisenberg’in belirsizlik ilkesi, bir kuantum nesnesinin hem momentumunu hem de konumunu kesin olarak belirlemenin imkansız olduğunu belirtir. Leach ve ekibi, nötrinonun dalga paketinin boyutu hakkında yeni detaylar sunarak parçacığın konumundaki belirsizliğe dair bilgi sağladı.
Kuantum parçacıkları, belirli bir konumda bulunma olasılığıyla ilişkili dalgalar halinde hareket ederler. Bir dalga paketi, tek bir parçacığa karşılık gelen dalga setidir. Leach’in ekibi, belirli bir tür radyoaktif bozunmada üretilen nötrinoların dalga paketinin boyutunu en az 6.2 trilyon metrelik bir sınır olarak belirledi.
Araştırmacılar, elektron yakalama adı verilen bir süreçle beryllium-7’nin bozunması sırasında üretilen nötrinoları incelediler.
Bu süreçte, beryllium-7 çekirdeği bir elektronu soğurur ve atom, lityum-7’ye dönüşerek bir nötrino salar. Ekip, beryllium-7 atomlarını, beş katmanlı malzemeden yapılmış süper iletken tantalum içeren hassas bir cihaz içine yerleştirdi. Bu cihaz, lityum-7 atomlarının enerjisindeki yayılmayı tespit ederek nötrino dalga paketinin minimum boyutunu belirlemeye olanak sağladı.
Nötrinolar, maddeyle nadiren etkileşime girdiklerinden, kuantum özelliklerini uzun mesafelerde korurlar. Çoğu kuantum etkisi çok küçük ölçeklerde gerçekleşirken, nötrino salınımları binlerce kilometre boyunca meydana gelir. Bu nedenle, nötrino dalga paketlerinin boyutunu incelemek, klasik fizik ile kuantum fiziğinin tuhaflıkları arasındaki bağlantıyı ortaya çıkarabilir.
Texas Üniversitesi’nden nötrino fizikçisi Benjamin Jones, “Böyle bir şeyi öngörüp ölçebilirseniz, klasik dünyanın nasıl kuantum gerçeklikten ortaya çıktığına dair bazı fikirleri gerçekten doğrularsınız,” diyor. Jones ve ekibi, nötrino dalga paketinin boyutunu teorik olarak 2.7 milyar metre olarak tahmin ettiler. Şimdi, deneysel fizikçilerin sadece minimum boyutu değil, aynı zamanda dalga paketinin gerçek boyutunu ölçmeleri gerekiyor.
Nötrinoların dalga paketlerinin boyutunu ölçmek, geçmiş deneyler arasındaki tutarsızlıkları çözmeye yardımcı olabilir ve potansiyel olarak keşfedilmeyi bekleyen yeni tür atomaltı parçacıklara işaret edebilir. Ancak nötrino dalga paketinin boyutu, parçacığın nasıl üretildiğine bağlıdır. Bu yüzden, Leach’in çalışmasında gözlemlenen boyut sınırının, diğer yöntemlerle üretilen nötrinolar için nasıl geçerli olacağı net değildir.
Harvard Üniversitesi’nden nötrino fizikçisi Carlos Argüelles, “Nötrino dalga paketinin incelenmesi, nötrinonun kuantum doğasında temel bir etkiye sahiptir,” diyor. “Ve nötrinoları ilginç kılan aslında onların en benzersiz özellikleridir.”
Bu çalışma, kuantum dünyasının daha derinlemesine anlaşılmasına ve klasik fizik ile kuantum fizik arasındaki bağlantının keşfine önemli katkılar sunmaktadır.