Jennifer Chu, Massaçusets Texnologiya İnstitutu

Lisa Lock tərəfindən redaktə edilmiş , Robert Eqan tərəfindən nəzərdən keçirilmişdir

 Redaktorların qeydləriBaşlıq:MIT təcrübəsinin sxemi: Vakuum kamerasında üzən iki tək atom lazer şüası ilə işıqlandırılır və iki yarıq kimi fəaliyyət göstərir. Səpələnmiş işığın müdaxiləsi ekran kimi təsvir edilən yüksək həssas kamera ilə qeydə alınır. Qeyri-koherent işıq fon kimi görünür və fotonun yalnız bir yarıqdan keçən hissəcik rolunu oynadığını nəzərdə tutur. Kredit: Massaçusets Texnologiya İnstitutu

MIT fizikləri kvant fizikasının ən məşhur təcrübələrindən birinin ideallaşdırılmış versiyasını həyata keçiriblər. Onların tapıntıları, atom səviyyəsində dəqiqliklə işığın ikili, lakin qaçınma xarakterini nümayiş etdirir. Onlar həmçinin Albert Eynşteynin bu xüsusi kvant ssenarisi ilə bağlı səhv etdiyini təsdiqləyirlər.

Sözügedən təcrübə, işığın dalğa kimi necə davrandığını göstərmək üçün ilk dəfə 1801-ci ildə İngilis alimi Tomas Yanq tərəfindən həyata keçirilən ikiqat yarıq təcrübəsidir. Bu gün, kvant mexanikasının formalaşdırılması ilə, ikiqat yarıq eksperimenti indi başını qaşıyan reallığın təəccüblü sadə nümayişi ilə tanınır: bu işıq həm hissəcik, həm də dalğa kimi mövcuddur.

Qəribədir ki, bu ikiliyi eyni vaxtda müşahidə etmək olmaz. İşığı hissəciklər şəklində görmək onun dalğaya bənzər təbiətini dərhal gizlədir və əksinə.

Orijinal təcrübə, ekranda iki paralel yarıqdan işıq şüasının parıldadılmasını və ikinci, uzaq ekranda əmələ gələn nümunəni müşahidə etməyi əhatə edirdi. İki üst-üstə düşən işıq ləkəsini görməyi gözləmək olar ki, bu da işığın birbaşa yolu izləyən boya topları kimi hissəciklər, aka fotonlar şəklində mövcud olduğunu göstərir.

Ancaq bunun əvəzinə, işıq gölməçədəki iki dalğanın qarşılaşdığı zaman baş verənlərə bənzər bir müdaxilə modelində ekranda alternativ parlaq və qaranlıq zolaqlar yaradır. Bu, işığın dalğa kimi davrandığını göstərir. Daha da qəribəsi odur ki, işığın hansı yarıqdan keçdiyini ölçməyə çalışdıqda, işıq qəflətən özünü hissəciklər kimi aparır və müdaxilə nümunəsi yox olur.

İki yarıq eksperimenti bu gün əksər orta məktəb fizika dərslərində kvant mexanikasının əsas prinsipini göstərmək üçün sadə bir üsul kimi öyrədilir: işıq da daxil olmaqla, bütün fiziki obyektlər eyni zamanda hissəciklər və dalğalardır.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=8188791252&adk=1645945215&adf=308666314&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=11&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1753767717&rafmt=1&armr=3&format=750×280&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-07-famous-quantum-essentials.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTM4LjAuNzIwNC4xNjkiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siTm90KUE7QnJhbmQiLCI4LjAuMC4wIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzOC4wLjcyMDQuMTY5Il0sWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTM4LjAuNzIwNC4xNjkiXV0sMF0.&dt=1753767711076&bpp=1&bdt=41914&idt=174&shv=r20250724&mjsv=m202507220101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1753339540%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1753339540%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3D1241933dda87baba%3AT%3D1750839581%3ART%3D1753339540%3AS%3DAA-AfjZwPuiSAour3k16ZA1JtXua&prev_fmts=0x0%2C750x280%2C336x280%2C1200x280%2C1905x945%2C1200x117&nras=2&correlator=5674468141363&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=3&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=1998&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=5104&eid=95362655%2C95366913%2C95359266%2C95366850%2C95367168%2C31092547&oid=2&pvsid=5330404566859536&tmod=2071965218&uas=3&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeE%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&fsb=1&dtd=6490

Təxminən bir əsr əvvəl təcrübə fiziklər Albert Eynşteyn və Niels Bor arasında dostluq mübahisəsinin mərkəzində idi. 1927-ci ildə Eynşteyn iddia etdi ki, foton zərrəcikləri iki yarıqdan yalnız birindən keçməlidir və bu prosesdə quş uçarkən yarpağı xışıltısı kimi bu yarıqda cüzi bir qüvvə yaratmalıdır.

O, bir müdaxilə nümunəsini müşahidə edərkən belə bir qüvvəni aşkar edə biləcəyini və bununla da işığın hissəcik və dalğa təbiətini eyni vaxtda tutmağı təklif etdi. Buna cavab olaraq, Bohr kvant mexaniki qeyri-müəyyənlik prinsipini tətbiq etdi və fotonun yolunun aşkarlanmasının müdaxilə modelini yuyacağını göstərdi.

Elm adamları o vaxtdan bəri ikiqat yarıq eksperimentinin bir neçə variantını həyata keçirdilər və onların hamısı müxtəlif dərəcədə Borun tərtib etdiyi kvant nəzəriyyəsinin doğruluğunu təsdiqlədi. İndi MIT fizikləri bu günə qədər ikiqat yarıq təcrübəsinin ən “ideallaşdırılmış” versiyasını həyata keçirmişlər. Onların versiyası təcrübəni kvant əsaslarına qədər azaldır. Onlar ayrı-ayrı atomları yarıq kimi istifadə etdilər və zəif işıq şüalarından istifadə etdilər ki, hər atom ən çox bir fotonu səpələsin.

Atomları müxtəlif kvant vəziyyətlərində hazırlayaraq, atomların fotonların keçdiyi yol haqqında hansı məlumatı əldə etdiklərini dəyişdirə bildilər. Tədqiqatçılar bununla da kvant nəzəriyyəsinin proqnozlarını təsdiqlədilər: İşığın keçdiyi yol (yəni hissəciklərin təbiəti) haqqında nə qədər çox məlumat əldə edilsə, müdaxilə nümunəsinin görünmə qabiliyyəti bir o qədər aşağı idi.

Eynşteynin səhv etdiyini nümayiş etdirdilər. Bir atom keçən foton tərəfindən “xışıltı” olduqda, dalğa müdaxiləsi azalır.

John D. MacArthur Fizika Professoru və MIT komandasının lideri Volfqanq Ketterle deyir: “Eynşteyn və Bor heç vaxt düşünməzdilər ki, tək atomlar və tək fotonlarla belə bir təcrübə həyata keçirə bilər”. “Etdiyimiz ideallaşdırılmış Gedanken təcrübəsidir.”

Onların nəticələri Physical Review Letters jurnalında dərc olunub . Ketterlenin MIT həmmüəllifləri arasında birinci müəllif Vitali Fedoseev, Hanzhen Lin, Yu-Kun Lu, Yoo Kyung Lee və Jiahao Lyu var, onların hamısı MİT-in Fizika Departamenti, Elektronika Tədqiqat Laboratoriyası və MIT-Harvard Ultrasoyuq Atomlar Mərkəzi ilə əlaqəlidir.

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklər əldə edin .

Soyuq həbs

MIT-dəki Ketterle qrupu atomlar və molekullarla təcrübələr aparır ki, onlar mütləq sıfırdan bir qədər yuxarı temperaturlara qədər çox soyuyurlar və lazer işığı ilə məhdudlaşdırdıqları konfiqurasiyalarda təşkil edirlər . Bu ultra soyuq, diqqətlə tənzimlənmiş buludların içərisində yalnız kvant, tək atomlu miqyasda baş verən ekzotik hadisələr meydana çıxa bilər.

Bu yaxınlarda keçirilən təcrübədə komanda, işığın səpilməsinin ultra soyuq atomlardan qurulan materialların xüsusiyyətlərini necə aşkar edə biləcəyini öyrənərək, bir-biri ilə əlaqəsi olmayan bir sualı araşdırırdı .

“Biz bu səpilmə prosesinin zərrəcik və ya dalğa kimi olduğunu ölçə biləcəyimizi başa düşdük və bu məşhur təcrübəni çox ideallaşdırılmış şəkildə həyata keçirmək üçün bu yeni metodu tətbiq edə biləcəyimizi tez anladıq” dedi Fedoseev.

Yeni araşdırmalarında komanda 10.000-dən çox atomla işlədi və onları mikrokelvin temperaturuna qədər soyudu. Dondurulmuş atomları bərabər aralıklı, kristal kimi qəfəs konfiqurasiyasına çevirmək üçün bir sıra lazer şüalarından istifadə etdilər. Bu tənzimləmədə hər bir atom hər hansı digər atomdan kifayət qədər uzaqdır ki, hər biri effektiv şəkildə tək, təcrid olunmuş və eyni atom hesab edilə bilər. Və 10.000 belə atom bir və ya iki atomla müqayisədə daha asan aşkar edilən siqnal yarada bilir.

Qrup, bu tənzimləmə ilə atomların arasından zəif bir işıq şüası keçirə və tək bir fotonun dalğa və ya hissəcik kimi iki qonşu atomu necə səpələdiyini müşahidə edə biləcəklərini əsaslandırdı. Bu, orijinal iki yarıqlı təcrübədə işığın iki yarıqdan keçməsinə bənzəyir.

Ketterle deyir: “Bizim gördüyümüz iş ikiqat yarıq təcrübəsinin yeni variantı kimi qəbul edilə bilər”. “Bu tək atomlar sizin yarada biləcəyiniz ən kiçik yarıqlara bənzəyir.”

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=8188791252&adk=1645945215&adf=1092384543&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=11&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1753767711&rafmt=1&armr=3&format=750×280&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-07-famous-quantum-essentials.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTM4LjAuNzIwNC4xNjkiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siTm90KUE7QnJhbmQiLCI4LjAuMC4wIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzOC4wLjcyMDQuMTY5Il0sWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTM4LjAuNzIwNC4xNjkiXV0sMF0.&dt=1753767711077&bpp=1&bdt=41915&idt=193&shv=r20250724&mjsv=m202507220101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1753339540%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1753339540%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3D1241933dda87baba%3AT%3D1750839581%3ART%3D1753339540%3AS%3DAA-AfjZwPuiSAour3k16ZA1JtXua&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=5674468141363&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=3&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=4441&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=5600&eid=95362655%2C95366913%2C95359266%2C95366850%2C95367168%2C31092547&oid=2&pvsid=5330404566859536&tmod=2071965218&uas=1&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeE%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=3&uci=a!3&fsb=1&dtd=198

Tuning fuzz

Tək fotonlar səviyyəsində işləmək üçün eksperimentin dəfələrlə təkrarlanması və atomlardan səpələnmiş işığın nümunəsini qeyd etmək üçün ultrahəssas detektordan istifadə edilməsi tələb olunurdu. Aşkar edilmiş işığın intensivliyinə əsasən, tədqiqatçılar işığın hissəcik və ya dalğa kimi davrandığını birbaşa müəyyən edə bildilər.

Göndərdikləri fotonların yarısının dalğa kimi, yarısının isə zərrəcik kimi davrandığı vəziyyət onları xüsusilə maraqlandırırdı. Onlar buna bir atomun “qeyri-səlisliyini” və ya onun yerləşdiyi yerin dəqiqliyini tənzimləməklə fotonun hissəciklə müqayisədə dalğa kimi görünməsi ehtimalını tənzimləmək üçün bir üsuldan istifadə etməklə nail oldular.

Onların təcrübəsində 10.000 atomun hər biri işığın tutuşunu sıxmaq və ya boşaltmaq üçün tənzimlənə bilən lazer işığı ilə yerində saxlanılır. Atom nə qədər boş saxlanılırsa, bir o qədər qeyri-səlis və ya daha çox “məkan baxımından geniş” görünür.

Daha qeyri-səlis atom daha asan xışıltı verir və fotonun yolunu qeyd edir. Buna görə də, bir atomun qeyri-səlisliyini tənzimləyən tədqiqatçılar fotonun hissəciklərə bənzər davranış nümayiş etdirmə ehtimalını artıra bilərlər. Onların müşahidələri nəzəri təsvirlə tam üst-üstə düşürdü.

Yaylar uzaqlaşır

Təcrübədə qrup Eynşteynin fotonun yolunu necə aşkar etmək barədə ideyasını sınaqdan keçirib. Konseptual olaraq, əgər hər bir yarıq havada bir yay tərəfindən asılmış son dərəcə nazik bir kağız vərəqinə kəsilərsə, bir yarıqdan keçən foton müvafiq yayı müəyyən dərəcədə silkələməlidir ki, bu da fotonun hissəcik təbiətinin siqnalı olacaq.

İkiqat yarıq eksperimentinin əvvəlki həyata keçirilməsində fiziklər belə bir yaya bənzər bir tərkib hissəsi daxil etdilər və yay fotonun ikili təbiətini təsvir etməkdə böyük rol oynadı.

Lakin Ketterle və onun həmkarları təcrübəni atalar sözü olmadan həyata keçirə bildilər. Komandanın atom buludu əvvəlcə Eynşteynin yaydan asılmış yarıq konsepsiyasına bənzər lazer işığı ilə yerində saxlanılır.

Tədqiqatçılar belə hesab edirdilər ki, əgər onlar öz “yayını” aradan götürsələr və eyni hadisəni müşahidə etsələr, bu, yayının fotonun dalğa/hissəcik ikililiyinə heç bir təsiri olmadığını göstərəcək.

Bu da onların tapdıqları idi. Çoxlu qaçışlar zamanı onlar atomları yerində saxlayan yay kimi lazeri söndürdülər və sonra atomlar daha qeyri-səlisləşənə və nəhayət cazibə qüvvəsi səbəbindən yerə yıxılmadan əvvəl saniyənin milyonda birində tez ölçmə apardılar. Bu kiçik müddət ərzində atomlar boş məkanda effektiv şəkildə üzdü. Bu yaysız ssenaridə komanda eyni hadisəni müşahidə etdi: Fotonun dalğası və hissəcik təbiəti eyni vaxtda müşahidə oluna bilməzdi.

Fedoseyev deyir: “Bir çox təsvirlərdə bulaqlar böyük rol oynayır. Amma biz göstəririk ki, yox, burada yayların əhəmiyyəti yoxdur; vacib olan yalnız atomların qeyri-səlisliyidir”. “Buna görə də fotonlar və atomlar arasında kvant korrelyasiyasından istifadə edən daha dərin təsvirdən istifadə etmək lazımdır”.

Tədqiqatçılar qeyd edirlər ki, 2025-ci il Birləşmiş Millətlər Təşkilatı tərəfindən 100 il əvvəl kvant mexanikasının formalaşmasını qeyd edərək Beynəlxalq Kvant Elmi və Texnologiyası İli elan edilib. Bor və Eynşteyn arasında ikiqat yarıq təcrübəsi haqqında müzakirə yalnız iki il sonra baş verdi.

Həmmüəllif Li deyir: ” Kvant fizikasını qeyd etdiyimiz ildə bu tarixi mübahisəyə aydınlıq gətirə bildiyimiz çox gözəl bir təsadüfdür “.

Daha çox məlumat: Vitali Fedoseev və başqaları, Tək Atom Dalğa Paketləri ilə Koherent və Qeyri-Koherent İşıq Səpilməsi, Fiziki Baxış Məktubları (2025). DOI: 10.1103/zwhd-1k2t . arXiv- də : DOI: 10.48550/arxiv.2410.19671

Jurnal məlumatı: Fiziki İcmal məktubları , arXiv  

Massaçusets Texnologiya İnstitutu tərəfindən təmin edilmişdir