Atomların Tuhaf Kuantum Davranışını Yeraltına Eşlemek İçin Kullandı

Yeni Bir Yerçekimi Sensörü, Atomların Tuhaf Kuantum Davranışını Yeraltına Eşlemek İçin Kullandı

Bu tür cihazlar, uzun vadede diğer yerçekimi problarından daha doğru ve kararlı olmayı vaat ediyor.

bir silindire bağlı bir kara kutudan oluşan bir kuantum yerçekimi sensörü kaldırımda oturuyor
Kuantum yerçekimi sensörleri, resimdeki gibi, soğuk, serbest düşen atomların kuantum davranışını kullanarak yerin altına gizlenmiş nesneleri algılayabilir. – Yeni Bir Yerçekimi Sensörü, Atomların Tuhaf Kuantum Davranışını Yeraltına Eşlemek İçin Kullandı

Gömülü hazineyi bulmanın en iyi yolu kuantum yerçekimi sensörü olabilir.

Bu cihazlarda, serbest düşen atomlar, farklı yerlerde Dünya’nın yerçekimindeki ince varyasyonları ortaya çıkarır. Bu varyasyonlar, sensörün altındaki malzeme yoğunluğundaki farklılıkları yansıtarak, enstrümanın(cihazın) etkin bir şekilde yeraltına bakmasını sağlar. Araştırmacılar, 24 Şubat Nature’da yayımlanan yeni bir deneyde, bu makinelerden birinin bir yeraltı tünelinin küçük yerçekimi imzasını ortaya çıkardığını bildirdi.

Nature’ın aynı sayısında çalışma hakkında bir yorum yazan ve Floransa Üniversitesi’nde deneysel fizikçi olan Nicola Poli, “Bunun gibi enstrümanlar için pek çok uygulama bulabilir” diyor.

Poli, volkanların altındaki yeraltı suyunu veya magmayı izlemek veya arkeologların gizli mezarları veya diğer eserleri kazmak zorunda kalmadan ortaya çıkarmalarına yardımcı olmak için kuantum yerçekimi sensörlerini kullanmayı hayal ediyor. Bu cihazlar ayrıca çiftçilerin toprak kalitesini kontrol etmelerine veya mühendislerin potansiyel inşaat sahalarını dengesiz zemin için incelemelerine yardımcı olabilir.

Newark, NJ’deki Rutgers Üniversitesi’nde atom fizikçisi olan ve çalışmaya dahil olmayan Xuejian Wu, “Yerçekimini ölçmek için birçok araç var” diyor. Wu: “Bazı cihazlar, bir yaydan sarkan bir kütleyi yerçekiminin ne kadar uzağa çektiğini ölçer. Diğer araçlar, bir nesnenin bir vakum odasında ne kadar hızlı yuvarlandığını ölçmek için lazerler kullanır. Ama kuantum yerçekimi sensörlerindeki gibi serbest düşen atomlar, oradaki en bozulmamış, güvenilir test kütleleridir” diyor. Sonuç olarak, kuantum sensörleri, uzun vadede diğer yerçekimi problarından daha doğru ve kararlı olmayı vaat ediyor.

Kuantum yerçekimi sensörünün içinde, aşırı soğutulmuş atomlardan oluşan bir bulut bir kanaldan aşağı bırakılır. Bir ışık darbesi daha sonra düşen atomların her birini bir süperpozisyon durumuna böler her atomun aynı anda iki yerde bulunduğu bir kuantum limbo. Dünya’nın yerçekimi alanındaki biraz farklı konumları nedeniyle, her bir atomun iki versiyonu, düşerken aşağı doğru farklı bir çekiş hisseder. Başka bir ışık darbesi daha sonra bölünmüş atomları yeniden birleştirir.

Atomların dalga parçacık ikiliği atomların dalgalar gibi davranabileceğini söyleyen garip bir kuantum fiziği kuralı sayesinde, yeniden birleşen atomlar birbirleriyle etkileşime girer. Yani, atom dalgaları üst üste bindikçe, tepeleri ve çukurları birbirini güçlendirebilir veya iptal edebilir, bu da bir girişim deseni oluşturur. Bu model, her bir atomun bölünmüş versiyonlarının düşerken hissettikleri biraz farklı aşağı doğru çekimleri yansıtır ve atom bulutunun konumundaki yerçekimi alanını ortaya çıkarır.

Bu tür atom tabanlı cihazlar tarafından yapılan son derece hassas ölçümler, Einstein’ın yerçekimi teorisini test etmeye ve Newton’un yerçekimi sabiti gibi temel sabitleri ölçmeye yardımcı oldu. Ancak atom tabanlı yerçekimi sensörleri, sismik aktivite, trafik ve diğer kaynaklardan gelen titreşimlere karşı oldukça hassastır.

İngiltere’deki Birmingham Üniversitesi’nden fizikçi Michael Holynski, “Çok, çok küçük titreşimler bile, herhangi bir yerde arka plandaki titremeleri ayıklamak için uzun süre ölçmeniz gereken kadar gürültü yaratır” diyor. Bu, kuantum yerçekimi algılamasını laboratuvar dışındaki birçok kullanım için pratik hale getirdi. 

Holynski’nin ekibi bu sorunu, düşen rubidyum atomlarından oluşan bir değil iki buluttan oluşan bir yerçekimi sensörü oluşturarak çözdü. Bir bulut diğerinin bir metre üzerinde asılıyken, cihaz tek bir yerde iki farklı yükseklikte yerçekiminin gücünü ölçebilir. Bu ölçümleri karşılaştırmak, araştırmacıların arka plan gürültüsünün etkilerini ortadan kaldırmasına izin verdi.

Holynski ve meslektaşları, tekerlekli bir ekipman arabasına bağlı 2 metre yüksekliğindeki sensörlerinin Birmingham Üniversitesi kampüsündeki bir yeraltı geçidini tespit edip edemediğini test etti. 2’ye 2 metrelik beton tünel, iki çok katlı bina arasındaki yolun altında uzanıyordu. Kuantum sensörü, tünelin üzerinden geçen 8,5 metrelik bir hat boyunca her 0,5 metrede bir yerel yerçekimi alanını ölçtü. Bu okumalar, tünelin yerçekimi sinyalini yapısına ve yakındaki binalar gibi yerel yerçekimi alanını etkileyebilecek diğer faktörlere dayanarak tahmin eden bir bilgisayar simülasyonunun tahminleriyle eşleşti.

Araştırmacılar, bu deneydeki makinenin hassasiyetine dayanarak, muhtemelen her yerde iki dakikadan daha kısa sürede güvenilir bir yerçekimi ölçümü sağlayabileceğini tahmin ediyor. Bu, diğer yerçekimi sensörleri türleri için gereken sürenin yaklaşık onda biri.

Ekip, o zamandan beri tünel tespit deneyinde kullanılan yerçekimi sensörünün küçültülmüş bir versiyonunu yaptı. Yeni makine, tünel testi için kullanılan 300 kilogramlık canavara kıyasla yaklaşık 15 kilogram ağırlığında. Diğer yükseltmeler de yerçekimi sensörünün hızını artırabilir.

Gelecekte, mühendis Nicole Metje, bir çim biçme makinesi gibi bir yerden bir yere itilebilecek bir kuantum yerçekimi sensörü inşa etmeyi planlıyor. Ancak, aynı zamanda Birmingham Üniversitesi’nde bulunan çalışmanın ortak yazarlarından Metje, bu araçları daha kullanıcı dostu hale getirmenin tek zorluğunun taşınabilirlik olmadığını söylüyor. “Şu anda, sensörü çalıştırmak için hala fizik derecesine sahip birine ihtiyacımız var.”

Bu yüzden umutlu sahilciler, kuantum yerçekimi sensörleri için metal dedektörlerini takas etmek için uzun bir süre bekliyor olabilirler.

Yazan: İlknur YEŞİLYURT

Alıntı ve Referanslar

Stray ve diğerleri. Yerçekimi haritacılığı için kuantum algılama. Doğa. Cilt 602, 24 Şubat 2022, s. 590.

Poli, R. Pašteka ve P. Zahorec. Atomik değişiklikler yeraltı yapılarını haritalayabilir. Doğa. Cilt 602, 24 Şubat 2022, s. 579.

YouTube Kanalımız

İlknur Yeşilyurt hakkında 152 makale
Biyoteknolog ve Moleküler biyolog. Astronomi, yeşil enerji, genetik, nanoteknoloji, biyosensörler ve biyoçözünürlük/biyouyumluluk konularına meraklı. Bilim ve kitap tutkunu.

İlk yorum yapan olun

Bir yanıt bırakın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.


*