Son derece soğuk atomları veya molekülleri lazer ışığından yapılmış atomik “Dönme dolaplar” içinde hapsetmek ve döndürmek, göreliliğin tahminlerini kuantum ölçeğinde test edebilir
Ultra soğuk atomları döndürmek göreliliğin sınırlarını ortaya çıkarmamıza yardımcı olabilir
Hafif ve son derece soğuk parçacıklardan yapılmış minik “dönme dolaplar”, araştırmacıların Albert Einstein’ın görelilik teorisinin bir yönünü eşi benzeri görülmemiş derecede küçük ölçeklerde test etmesine olanak sağlayabilir.
Einstein’ın 1900’lü yılların başında formüle ettiği özel ve genel görelilik teorileri, hareket eden saatlerin duran saatlere göre daha yavaş işleyebileceğini ortaya koyarak zaman anlayışımızı yeniden şekillendirdi. Yeterince hızlı hareket ederseniz ya da yeterince hızlanırsanız ölçtüğünüz süre uzayacaktır; Kendinizi daireler çizerek hareket ederken bulursanız da aynı şey olabilir. Bu fenomen nispeten büyük nesneler için gözlemlendi, ancak Suudi Arabistan’daki King Saud Üniversitesi’nden Vassilis Lembessis ve meslektaşları artık bunları çok küçük ölçeklerde de test etmenin bir yolunu geliştirdiler.
Kontrol edebildiğimiz en küçük nesnelerin (atomlar ve moleküller) dönüşlerini ve zamanlarını incelemek için, mümkün olan en soğuk sıcaklığın sadece birkaç milyonda biri kadar yüksek olan ultra soğuk bölgeye yöneldiler. Burada atomların ve moleküllerin hareketinin yanı sıra kuantum özellikleri de lazer ışınları ve elektromanyetik alanlarla son derece hassas bir şekilde değiştirilebilir. Aslında, 2007 yılında Lembessis ve diğer birkaç meslektaşı, lazer ışınlarını atomları bir silindir şeklinin içinde sınırlı tutacak ve onun içinde dönecek şekilde ayarlamak için bir yöntem geliştirdiler. Buna “optik dönme dolap” adını verdiler ve Lembessis, ekibinin yeni hesaplamalarının, bunun ultra soğuk parçacıklar tarafından ölçülen göreli zaman genişlemesini gözlemlemek için kullanılabileceğini gösterdiğini söylüyor.
Hesaplamaları, nitrojen moleküllerinin kuantum dünyasında dönme zaman genişlemesini test etmek için iyi bir aday olabileceğini gösteriyor. İçlerindeki elektronların hareketini bir iç saatin tik takları olarak dikkate alan araştırmacılar, tik-tak frekansında 10 katrilyonda bir kadar küçük bir değişim tespit edebildiler.
Aynı zamanda Lembessis, optik dönme dolaplarla yapılan deneylerin şu ana kadar nispeten nadir olduğunu söylüyor. Bu nedenle yeni öneri, yeni veya beklenmedik etkilerin ortaya çıkabileceği, keşfedilmemiş bir ortamda göreliliği test etmenin kapısını açıyor. Örneğin, aşırı soğuk parçacıkların kuantum doğası, bir saatin hızlanmasının tik taklarını ne kadar değiştireceğini belirleyen “saat hipotezi”ni sorgulayabilir.
Birleşik Krallık’taki Heriot-Watt Üniversitesi’nden Patrik Öhberg, “Doğadaki fiziksel olaylara ilişkin anlayışımızı kontrol etmek ve doğrulamak önemlidir. Bir sürprizle, beklenmedik bir şeyle karşılaştığımızda, anlayışımızı gözden geçirmemiz ve evrene dair daha derin bir anlayış kazanmamız gerekir. Bu çalışma, mekanik kurulumlara kıyasla bazı belirgin avantajlara sahip göreceli sistemleri kontrol etmenin alternatif bir yolunu önermektedir” diyor.
Örneğin, zaman genişlemesi gibi göreli etkiler genellikle çok hızlı hareket gerektirse de, optik dönme dolabın kullanılması, Birleşik Krallık’taki Strathclyde Üniversitesi’nden Aidan Arnold’a, pratik olmayan yüksek hızlara ihtiyaç duymadan bunlara erişilebileceğini söylüyor. “Atom saatlerinin inanılmaz doğruluğu sayesinde… dönme dolap atomları tarafından ‘hissedilen’ zaman değişimi fark edilebilir olmalıdır. Ayrıca, hızlanan atomlar çok uzaklara gitmediğinden, bu değişimi ölçmek için bolca zaman olacaktır” diyor.
Lembessis, lazer ışınlarının odağının değiştirilmesinin aynı zamanda parçacıkları sınırlayan dönme dolabın boyutunu da kontrol edebileceğini, böylece farklı dönüşler için zaman genişleme etkisini test edebileceğini söylüyor. Ancak atomların veya moleküllerin dönerken ısınmamasını ve kontrol edilemez hale gelmemesini sağlamak gibi teknik zorluklar da olacaktır.
