Işık parçacıkları söz konusu olduğunda kolektif bireyden daha önemlidir. İki durum arasında karar verdiklerinde, diğer parçacıkların çoğunun halihazırda benimsemiş olduğu durumu tercih edeceklerdir. Ancak bu kolektivist eğilim, yeterli sayıda foton aynı yerde toplanana kadar devreye girmiyor.
Yayınlanan bu bulgular Fiziksel İnceleme Mektuplarıdiğer şeylerin yanı sıra ultra güçlü lazer kaynaklarının geliştirilmesine yardımcı olabilir.
Fizik temelde farklı iki parçacık türünü bilir: fermiyon ve bozon. Fermiyonlar kararlı bireycilerdir: Onları dar bir alana hapsederseniz aynı durumu üstlenemezler. Çekirdeği çevreleyen elektronlar buna bir örnektir. Eğer ikisi aynı “bulutta” (veya yörüngede) olmak istiyorsa, farklı bir dönüşe sahip olmaları gerekir (esasen farklı bir yönde dönüyor olmaları).
Bozonlar ise tam tersine bir şeyleri birlikte yapmaktan hoşlanırlar ve hepsinin aynı durumu paylaşmasını tercih ederler. Fotonlar bu grubun bir parçasıdır. Yeterince soğutursanız ve onları küçük bir alana kapatırsanız, bir tür devasa “süper foton” halinde birleşirler. Peki ya ışık parçacıklarını önce biraz farklı iki renkten birini almaya zorlarsanız? Bu, iki farklı renkte süper foton meydana getirir mi? Yoksa uyum sağlama dürtüsünü tatmin etmek için hepsi aynı rengi mi seçecekti?
Yalnızlıktan ziyade arkadaşlığı tercih etmek
Bu, Bonn Üniversitesi Uygulamalı Fizik Enstitüsü’nden Profesör Martin Weitz liderliğindeki çalışma grubunun araştırdığı soruydu.
Üniversitenin Matter Transdisipliner Araştırma Alanı (TRA) ve onun ML4Q—Kuantum Hesaplama Mükemmeliyet Grubu için Madde ve Işık üyesi olan Weitz, “Soğutulmuş fotonlar oluşturmak için belirli bir yöntem kullanarak başladık” diye açıklıyor.
“Daha sonra bu ışık parçacıklarını, marjinal olarak farklı iki enerji seviyesinden birini (başka bir deyişle biraz farklı renkler) benimsemek zorunda oldukları bir alana kapattık.” Bunu, müşterilerin oturup yemek yiyebileceği iki uzun masaya sahip bir restoran olarak düşünün.
Araştırmacılar daha sonra fotonların hangi “tabloyu” seçtiğine baktılar ve ilk birkaçının ikisi arasında oldukça rastgele dağıldığını buldular. Weitz, “Düşük enerji seviyesi marjinal olarak daha popüler olmasına rağmen, fark neredeyse önemsiz olacak kadar inceydi” diyor.
“Ancak bu durum yalnızca foton sayısı düşük olduğunda geçerliydi.”
Toplantının sayısı düzinelerceye ulaşır ulaşmaz, yeni gelenler kendi aralarında sıralamaya başladılar; her zaman daha fazla kişinin bulunduğu masayı seçme olasılıkları daha yüksekti. Bu eğilim, boş tablonun birkaç yüz foton topladıktan sonra bir daha neredeyse hiç seçilmemesine kadar devam etti.
Yöntem daha güçlü lazerlerin tasarlanmasına yardımcı olabilir
Bu kolektivist davranış, çeşitli bozon türlerini içeren gazlar için zaten gösterilmiştir. Ancak gazlarda parçacıklar, bu durumda olduğu gibi sadece iki seçenek yerine her zaman çok çeşitli olasılıklara sahiptir.
Bu prensipten son derece güçlü lazer kaynaklarının tasarlanmasında potansiyel olarak faydalanılabilir, çünkü lazer ışığındaki enerji teorik olarak birden fazla radyasyon kaynağının birleştirilmesiyle arttırılabilir.
Weitz, “Ancak bu, hepsinin ‘aynı fazda’ olmasını gerektiriyor, bu da dalgalarının her zaman tam olarak senkronize olması gerektiği anlamına geliyor” diye belirtiyor. “Aksi takdirde, ilk lazer ışınının dalgasının tepe noktaları, ikinci ışının çukurlarıyla karşılaşabilir ve birbirlerini iptal edebilirler.”
Her ne kadar iki lazerden gelen ışık dalgalarını bu kadar hassas bir şekilde hizalamak kolay bir iş olmasa da, ışınları bir araya getirmek için fotonların kolektivizm tutkusundan yararlanmak mümkün olabilir.
Araştırmacı, “Bulgularımız bunun işe yarayabileceğini gösteriyor” diye açıklıyor. “Fakat teknolojinin çalışır duruma gelmesine kadar gidilecek uzun bir yol var.”
