TEKNOLOJİ

GELECEĞİN TAŞIMA SİSTEMİ KUANTUM TÜNELLEME HAKKINDA BİLMENİZ GEREKENLER

Deneyimsizler için kuantum fiziği, maddeyi oluşturan parçacıkları ve etkileştikleri kuvvetleri tanımlayan bir bilim dalıdır. Kuantum dünyası hakkında bir şey öğrendiysek, bu şudur; kuantum dünyası tuhaftır. Hayal edilemeyecek kadar küçük bir ölçekte, şeyler sezgisel olarak davranmaz. Fizikçiler, kuantum fiziğinin arkasındaki temel matematiği iyi bir şekilde kavramış olduklarını söylesede, ancak bu matematik bazen kafalarını karıştıran şeylere’de işaret edebilir.

Niels Bohr bir zamanlar “kuantum kuramıyla ilk karşılaştıklarında şok geçirmeyenlerin muhtemelen onu anlayamayacaklarını” söylemişti. Kuantum dünyasında, dolaşık parçacıkların ışıktan daha hızlı iletişim kurması, küçük parçacıkların aynı anda birden fazla yerde var olması, parçacıkların rastgele girip çıkması ve bazı parçacıkların hayaletler gibi “duvarlardan ışınlanmaları” mümkün olabilir dediler. Evet, kuantum dünyası tuhaf. Tahmin edebileceğiniz gibi, burada son örneği, kuantum tünelleme adı verilen bir sürece sizi odaklanacağız. En temel ve anlaşılır açıklamasında kuantum tünelleme, bir dalga fonksiyonunun potansiyel bir engelden geçebildiği mekanik bir fenomendir.

Evet Bu Konuda Uzman Olmayanlar İçin Çok Karışık Geldi Dimi Şöyle Örneklendirmek Gerekirse. Duvara bir top attığınızı hayal edin. Duvara çarpacak ve geriye doğru sıçrayacak. Bir tepeden aşağı yuvarlanmasına izin verirseniz, dibe ulaştığında orada kalacaktır. Ancak kuantum ölçeğinde, parçacıklar “geri sekmek” yerine bazen duvardan atlayacaklar yada duvarın içinden geçecekler. Bu durum Marvel’in fantastik filimlerindeki gibi görülsede böyle birşeyin kuantum tünellerinde olması muhtemel.

Parçacıkların Dağın Üstünden Gitmesi Yerine Dağın İçinden Geçme Şansı Var. 

Araştırmacılar, 1928’de kuantum tünelleme fikri üzerine makalenin ilk yayımlanmasından bu yana,  bu fenomen teori hakkında daha fazla bilgi edinmeye, nasıl çalıştığını anlamaya ve “tünelleme” nin ne kadar hızlı olduğu konusunda eski bir soruya doğrudan bir cevap almak için bir düzine deneyler ve matematiksel hesaplar yaptı. Tünel oluşturmanın nasıl olabileceğini, parçacıkların kuantum seviyesinde nasıl davranabileceğini, Kuantum tünellemede, bir bariyerin karşı tarafında, nüfuz edememesi gereken bir atom altı parçacık görünebilirmi gibi konulara yıllardır merak edip araştırdılar. Diyelim ki elektron veya proton gibi bir atom altı parçacığı potansiyel enerji tepesinin bir tarafındaki bir boşluğa bırakacaksınız. Parçacık tepenin üzerinden geçecek enerjiye sahip değildir, bu nedenle parçacığın yerinde kalacağından eminiz. Bununla birlikte, parçacık aniden ortadan kaybolma olasılığıda var. Yukarıdaki şekilde olduğu gibi, tepenin diğer tarafına yürüdüğünüzde, parçacığın bir şekilde tepemizi aştığını fark ediyorsunuz. Tünel oluşturan parçacıklar, bunun gibi engellerden gizlice geçebilme ihtimali var.

Aslında kuantum tünelleme, fotosentez kadar temel süreçler için gerekli olabilir. Kuantum tünellemeyi keşfettiklerinde, fizikçiler aslında birçok gizemi çözdüğünü fark ettiler. Çeşitli kimyasal bağları ve radyoaktif bozunmaları ve güneşteki hidrojen çekirdeklerinin karşılıklı itme ve kaynaşmanın üstesinden nasıl gelip güneş ışığı ürettiklerini açıklamış oldular. Yarı iletkenler, transistörler ve diyotlar onsuz çalışmayacağını. Ve tabii ki kuantum hesaplama da tünellemeyi içerir. Parçacıkların dağın içinden kayarak sık sık vadiden kaçtığı yapılan deneylerde ortaya çıktı.

Tünel oluşturmaya başlamadan önce kuantum fiziğinin arkasındaki bazı önemli fikirleri kavramanız gerekir.

   

Klasik fizik ile kuantum fiziği arasındaki en önemli farklardan biri, kuantum fiziğinin olasılıkçı olmasıdır . Parçacık ve tepe engeli örneğimize geri dönelim. Tepenin üzerinden bir topu itmeye çalışsaydık, topun her zaman tam olarak nerede olduğunu bilirdik. Ancak, bir parçacık kullandığımız için kullanmıyoruz. Bir topun aksine, belirli bir zamanda bir parçacığın nerede olduğunu tam olarak bilemeyiz. Bunu açıkladığı için Heisenberg Belirsizlik İlkesine teşekkür edebilirsiniz . Bir atom altı parçacığın hem tam konumunu hem de momentini asla bilemeyeceğimizi belirtir. İlginç bir şekilde, uygun ölçüm araçlarının eksikliğiyle ilgisi yoktur. Heisenberg Belirsizlik İlkesi, gerçekliğin doğasının temel bir parçası gibi görünüyor. Ancak bazı iyi haberlerde yok değil.

Bir parçacığın belirli bir zamanda nerede olma olasılığını çok yüksek bir dereceye kadar ölçebiliyoruz. Kuantum fizikçileri bir dalga fonksiyonu kullanarak bu olasılıkları modelliyor. Kısacası, bir dalga fonksiyonu, belirli bir yerde ve zamanda bir nesneyi bulma olasılığının bir açıklamasıdır. Çok Karıştı dimi beynin, peki Hala bizimle misiniz? Dalgaların garip bir özelliği, bir şeye çarptıklarında nadiren durmalarıdır. Sesi düşünün. Müzik aletlerinden çıkan ses dalgaları katı nesnelerle temas ettiğinde durmaz. Bu yüzden kapınız kilitli olsa bile. Odada açtığınız her hangi bir şarkı Diğer odalardan rahatlıkla duyula bilir.

Ya da, durum böyle olmasaydı, evinize çarpan güneş ışığı durur ve asla evinizi ısıtmazdı. Aynı şey, kuantum parçacıklarını tanımlamak için kullanılan dalga formlarında da olur. Bir nesnenin dalga işlevi bir engelin içine veya hatta onu aşabilir. Bu işlev, belirli bir uzaydaki bir parçacığın olasılığını tanımladığından, ara sıra, bu parçacık da bariyerin diğer tarafında son bulur. 

Peki Sen Duvarlardan geçebilir misin? 

Belki teorik olarak evet, ama büyük olasılıkla şu anda hayır. Buna sahip olmak için harika (ve tehlikeli) bir güç olsa da, bunun gerçekleşme olasılığı sıfıra oldukça yakındır. Jack Fraser, Oxford Üniversitesi’nden fizik lisans bölümü  Bir trilyon kişi duvarlara yürüyen alabilir”, trilyon kere her saniye [13800000000 yıl önce] evrenin başlangıcından beri – ve bunlardan birinin olasılığı duvardan yürümek hala çok küçük bir düşünce ama, [pratikte] sıfır. ” Neden? Bir nesne tünelleme olasılığı doğrudan nesnenin kütlesiyle ilişkilidir. Ortalama bir insan yaklaşık 70 kg ağırlığındadır; bir elektron yaklaşık 9×10–31 kg ağırlığındadır. Ancak, kuantum partisini kaçırdığınızı hissederseniz, tüm umutlarınız kaybolmaz. Bazı araştırmalar, karbon-hidrojen bağlarını aktive etmekten sorumlu enzimler hidrojen tünellemeyi teşvik edebileceğinden, vücudumuzda kuantum tünellemenin gerçekleşebileceğini ileri sürmektedir ama henüz yeterli seviyede değildir. İlginç bir şekilde, bu enzimlerden biri etanolü asetaldehite dönüştürmekten sorumludur , bu bileşik, bir gece içtikten sonra baş ağrısı, baş dönmesi ve mide bulantısına neden olur. Yani, belki de kuantum partisini kaçırmıyorsunuzdur. 

Kuantum tünelleme ne kadar hızlı gerçekleşir? 

bir sonraki mantıklı soruda budur. Bununla birlikte, son birkaç yıldır, bu, bariyerden “hareket ettiğinde” parçacığa ne olduğu ile birlikte hararetle tartışılan bir konu oldu. Kuantum dünyasındaki birçok şey gibi, bu soruların cevapları da basit değildir. Araştırmacılar daha önce tünel açmanın değişen ve genellikle sorgulanabilir sonuçlarla gerçekleşmesi için geçen süreyi ölçmeye çalıştılar ve bazıları olayın muhtemelen ışık hızından daha hızlı olduğunu iddia etti . Ancak, geçen yıl bilim adamları, 20 yıllık tarihi bir  araştırma deneyiyle durumu çözmüş olabileceklerini açıkladı . Kanada İleri Araştırma Enstitüsü’ndeki Kuantum Bilgi Bilimi Programından  fizikçiler tarafından yönetilen yayınlanmış  makalede , araştırmacılar yalnızca süreci nasıl ölçtüklerini değil, elde ettikleri sayıyı da açıklıyorlar. Kuantum Enformasyon Bilimi Programının eş-yazarı Aephraim Steinberg, “Kuantum tünelleme, kuantum fenomenlerinin en kafa karıştırıcılarından biridir. Ve şimdi onu bu şekilde inceleyebilmemiz harika,” diyor.

Eğer Hala Buradaysan Çok Sevindim Anlatmaya Devam Ediyorum. Bunu nasıl yaptılar? Bunun gerçekleşmesi için kuantum fiziğindeki en temel ilkelerden bazılarını kullandılar. Deneylerinde,  sıfır Kelvin üzerinde bir derecenin milyarda biri kadar soğutulmuş 8.000 rubidyum atomu kullandılar. Atomların bu sıcaklıkta olması gerekiyordu, yoksa küçük bir yığın halinde kalmaktansa yüksek hızlarda rastgele hareket ediyorlardı. Kanadalı fizikçiler bir bariyer oluşturmak için bir lazer kullandılar ve bariyerin 1.3 mikrometre kalınlığında veya yaklaşık 2.500 rubidyum atom kalınlığında olmasını sağlayacak şekilde odakladılar . Ekip, başka bir lazerle rubidyum atomlarını saniyede yaklaşık 0,15 inç (3,8 mm) sabit bir hızda hareket ettirerek engele doğru itti  . Rubidyum atomlarının çoğu bariyerden sıçradı. Ancak eski tünel açmamız sayesinde atomların% 3’ü bariyeri geçerek diğer tarafa geçti.

Rubidyum seçimi rastgele değildi. Atomun dönüşü lazerler tarafından değiştirilebildiği için kullanıldı. Rubidyumun bariyerden tünel açması ne kadar uzun sürerse, dönüş o kadar çok değişecekti. Bilim adamları, bariyere girmeden önce ve sonra bir atomun dönme eksenini ölçerek, atomların tünele ne kadar sürede ulaştığını söyleyebilirler. Peki süreç ne kadar sürdü? Ortalama 0,61 milisaniye. Kuantum dünyasında göreceli olarak yavaş olduğu için, özellikle de daha önceki çalışmaların tünellemenin anında gerçekleşebileceğini düşündüğümüzde, sonuç biraz kafa karıştırıcıydı. Ne olursa olsun, kuantum aleminin gizemini çözmeye yardımcı olabilecek bir yaklaşımın bir başka etkileyici örneğidir. En büyük paket servisi, bu olayı ölçmenin mümkün olmasıdır. Ekip, “Bariyeri daha kalın hale getirip ardından farklı derinliklerdeki devinim miktarını belirlediğimiz yeni bir ölçüm üzerinde çalışıyoruz dediler. Atomların hızının sabit olup olmadığını görmek çok ilginç olacak” diyor ekip. Daha bazıları gibi gizemli olmasa dışı orada durumlarda , kuantum tünelleme dünyamızın ve evrenin doğasının önemli bir parçasıdır. Kuantum tünellemeyi anlamak, kuantum bilgisayarlar gibi gelişmekte olan teknolojinin daha da geliştirilmesine yardımcı olabilir. Hangi yeni kuantum fenomenini test edebileceğimiz ilginç olacak. okuduğunuz için teşekkür ederiz

Sizlerde Konu Hakkındaki Düşüncelerinizi Bizlerle Paylaşmayı Unutmayınız. 

Yorumlar

Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.

Popüler Gönderiler

En Başa