Kuantum optiği alanındaki gelişmeler, cisimlerin ışıkla herhangi bir şekilde etkileşime girmeden algılanmasına olanak tanıyor. Akıllıca tasarlanmış deneylerle gerçekleştirilebilen etkileşimsiz ölçümler, günlük hayatta da bir çok uygulama alanı bulacakmış gibi görünüyor.
YUNAN mitolojisinde. kahıamaıı f'crseııs, Me-dusa'yı öldürmekle gc'ı-revlendirilir. Yltan saçli Medusa, o kadar igreny bir görünüşe salıiptir ki. oıuı bakaıı biri anında taşa döniişür. Ilikaycyc göre, Perseus akıllıca davranarak. kalkanını Medıısa'ya dogrıı eevirir: kalkandan yansıvan göriinriisiiııii go-rcn yaraıık anında taşa dönDşür. Peki ya Pcrsctıs'tın kalkanı ycterince par-lak olmasaydı: Perscııs mııhtemelen başarısı/ olurdıı. (iö/.lerini kapasaydı. hcdefini bulama/.dı; ve eger Mcılıı-sa'dan yansıyan ışıgın çok a/.ının gö/.lerine ulasmasına izin verseydi. isi bitcrdi!
Fizik dünyasında, bıı hcdcl' bııl-ma işmin, gözlcmciye zarar vcrmeyc-
cck biı şckildc gerçekleştirilcbilccc-gi, hologramı icat cden Nobel Ödiilii sahibi Dennis Gabor catafindan, nc-redeysc aşikar bir iddiayla l%2 yılın-da ortaya kondu. Cîabor'a göre, ışjıgm temel parçacıgı olan bir fotondan da-ha azıyla gözlem yapmak mümkiin degildi. Bıına karşın. geçtigimiz yıl-larda. tlzikçilcr, giderck daha da kar-maşık halc gclcn kııantum optiği ala-nında, bıı yargının gereek olmayabi-leeeğini ortaya çıkardılar. Şu anıla. biz bır cismin varhgını. onu hicbiı fo-tonlfl ctkileçjime sokmadan tespit edebiliyoruz.
Bıı eckilcşjmsiz ölciim. bir çelişki gibi göriilebilir. Kger bir etkileşim yoksa, nasıl ölçiim yapılabilir? Bu. topları. gezegenleri ve çok küçfik ol-mayan diğer cisimleri inceleyen kla-
sik mekaniğc göre mantıklı bir sorıı-dıır. Ancak. elcktronları, f'oıoıılan vc atomlar alemindc ycr alan diger par-cacıkları inceleyen kuantıım mekani-gi bunun aksini söyliiyor. Ktkileşjm-siz ölcümler, gercckten kuantum mekaniginde akılhca tasarlanmış de-ııe\ lcrdc gcrcekleştirilcbilmcktedir. Kgcr, Pcrseııs kuantum fiziği bilgisi-nc sahip olsaydı, Mcdıısa'yı hicbir foton ile eckileşime sokmadan "giir-mck" i(,in lıir yol btılabilccekti. Vani bakmadan onu giirchilecckci.
Kııantum hokkabazlığı. bunun gibi gerçek hayatta kııhmılabilecek biı rakım dctcktörlcr için pek cok fi-kir sunuyor. Belki de çok daha ilginy olan, kııantum felsefesinin akıllara dıırgunhık veren sonuclarıdır. Bu uy-gulamalar ve ifadelcr, en iyi sekilde,
26
llıliın V,- Tıkııik
ııygulamadaki karmaşadan tızak, sa-decc gerekli cizellikleri anlatan birta-kım düşünce deneyleri yardımıyla anlaşılabilir.
Ijimdi, diisüntc deneyi olarak, bir "kabıık oyunu"na bakalım. Bu oyun-da bizc gerekcrılcr, iki ceviz kabıığu ve bunlardan bir tanesinin alcına giz-lenmiş bir çakıl caşıdır. Ancak, bu ça-kıl caşı özel bir maddeden yapılmış-cır; eger herhangi bir şekilde ısığa maruz kalırsa toz haline gelir. Oyun-cunıın bıı çakıl taşına zarar vcrme-dcn, yani kabugun içerisine ışık gir-mesine izin vcrmeden. taşın yerini bıılması gerekir. Aksi haldc oyıınıı kaybeder.
llk bakısca imkansız gibi görilnen bu olay karşısında birazcık düşünür-sek. oytıncıınıın yiizde elü gibi bir kazanma sansı olduğunu anlayabili-riz. Eğer oyuncu. icerisinde çakıl taşı olmayan kahıığn seçerse. görmcdiği halde caşın digcr kabuk içerisindc ol-dııgunu bilccekcir. Ancak, oyunun bu şekilde kazanılması, sanslı bir tahmindcn başka birşeye bağlı değil-dir.
Şimdi. oyıınumuzu bir adım ileri götürerek. göriinüşre basitleştirerek, ancak gerçckte klasik mekaniğin sı-nırlı diinyasında kazanılması imkan-sız bir"halc getirelim. Bu scfer sade-ce bir kabtığumuz olstın ve çakıl taşı-nın kabııgun altında olma şansı ras-gele olsun. Oyuncunun amacı ise, yi-nc cakıl tasına zarar vermeden, yani içeriye ısık girmesine nedcn olma-dan cası bıılmak olsun.
kabııklardan bırinin altında taş olduğunu farzedin. Oyuncu kabuğun altına bakmazsa, herhangi bir bilgi edinemcz. Eğer bakarsa, taşın orada olup olmadığını anlayabilir ama göre-ceği tek şey bir cucam tozdur. Oyun-Ctl, ışığm miktarını azaltarak, fotonla-
Fizikçilerin kabuk oyunu, etkileşimsiz ölçümle-ri canlandıran bir dûşünce deneyidir. Kabuğun altına yerleştirilen özel bir çakıl taşı eğer ısığa maruz kalırsa anında toza dönüşür. Oyuncu-nun amacı, taşa zarar vermeden, onun hangi kabuğun altında olduğunu bulmaktır.
'\AAP vAAAy
Yapıcı girişim
Yıkıcı girişim
Çift yarıktan geçirilen bir lazer ışını, dalgalar halinde ilerler ve girişim oluşturur. Dalgalar, yapıcı yada yıkıcı bir şekilde üst üste toplanarak aydınlık ve karanlık saçaklardan oluşan bir girişim deseni oluştumriar.
rın taşla eckileşme olasılığını azalca-bilir; ancak, caşı görcbilmesi için en azmdan bir foconun ona isabet etme-si gerekir ki bu da oyunu kaybetmesi dcmcktir.
Elitzur, Vaidman ve Bomba
Oyunu daha da dramatik bir halc gctirmek için 'I'cl Aviv Üniversitc-si'nden iki fızikçi Aushalom C. Elit-zur ve Lev Vaidman, kabuğun altın-da tek bir foton bilc isabet etse pat-layan bir "siiperbomba" olduğunu varsaydılar. Elitzur ve Vaidman, probleme çöziim getirmek icin uğra-şan ilk araştırmacılar oldular. Çöziim-leri. en iyi ihtimallc yarı yarıya işc yarıyordu ancak oyunun kazanılabil-mesi yolunda bir ıımut olmuştu.
Geliştirdiklcri yöntem, ısıgın te-mcl yapısından yararlanıyordu. Daha önce de belirtildiği gibi, ışık parçacık özclliği gösteren fotonlardan oltıştır. Ama aynı zamanda bu özelliktcn farklı olarak. dalga özelliğini dc taşır (girişim olayı bunu kanıtlıyor). (Jiri-şim, iki ayrı ışık dalgasının üst iiste toplanmış. şekli olarak tanımlanabilir.
Orneğin, iinlü çift yarık deneyinde ışığın. üzerindc iki ince yarık bulıı-nan bir plakaya yöncltilmesi sonucıı, arkadaki bir ekranda karanlık ve ay-dınlık saçaklardan olıışan bir girisjm deseni oluşıır. Ekrandaki aydınlık sa-caklar, iki ayrı yarıktan gelen dalga-ların birbirleriyle yapıcı bir şekildcki girişimlcriyle; karanlık sacaklar ise, birbirlerini yok edecek şekildcki gi-rişimleriyle oluşur. Bir diğer anlatım-la, ekrandaki aydınlık saçaklar, fo-tonların isabet etme olasılığının yük-sck. karanlık saçaklar ise, diişiik ol-duğu bölgelerdir.
Kuantum mekaniginin kuralları-na görc, cğcr bir olayın gerçeklcşe-bilmesi için birden fazla olası yol var-sa, ve bu yollardan birisi herhangi bir diğerine tcrcih edilemiyorsa, girişim-gerçekleşir. (Bu, ders kitaplarında verilere göre, girişimin çok daha ge-nel bir tanımıdır). Çift yarık dcne-yinde, ışık ckrana iki farklı yoldan ulaşabilir (aşağıdaki yarıktan ya da yukarıdaki yarıktan) ve hangi yarık-tan hangi fotonun geçtiğini saptamak için herhangi bir çaba harcanmaz. Eğer bir şekilde böyle bir saptamayı yapmaya kalksaydık, girişim olayı gerçeklesmezdi ve foton bir parçacık
Omlı IW
27
Elitzur-Vaidman deneyi, fotona ikı seçenek sunar. Düzenek optik olarak öyle tasarian-mıştır ki, foton her zaman aydınlık detektörûne ulaşabilir. Yoldaki bır engelin variığı. fo-tonun karanlık detektörüne de ulaşabilmesine olanak tanır. Karanlık algılayıcısına ulaşan foton, etkileşimsiz ölçümün yapıldığını kanıtlar.
gibi. ckran ü/.crindc herhangi bir noktaya giderdi. Sonııcta. ekranda girişim dcscni olıısma/.dı. Kısaca. gi-rişimin gcrçcklcşcbilmcsi için, foto-rııın izlçychilcccgi erı az iki f'arklı yol olmah vc hangisinden geçtiğme ba-kılmamalıdır.
Elitzııı vc \ aidman'ın ılcncv dii-zcneklcri iki ayna vc iki dcmct ayırı-Ctyi icercn ve interferomctrc (KÎrişi-mölccrl olarak adlandırılan bir alet-tcn olıışuyordıı. Intcrferomctrcyc gi-rcn ı$ık ılcmcıi. iincc dcmct ayırıcıya girej ı/e buıadan ikiye ayrtlmış olarak çıkar. Bu iki demetio yolu, aynalar yardımıyla ikirtcî dcmct ayırıcıda hir-lcsir. Ikinci dcinct ayırıcı, ışıgı jki deıcktorden hirisiııc günderir. lani. intcrfciomctrc, hcr fotona ışık ka\-nagından dctcktorc ulasabılmcsi içiıı ıkı ayrı seecnek sıınar.
Eğer, ikı yolıın uzakllğl tamı ta-mına csiıse. dıi/cnck aynı çifı yarık dcncyindc olduğu gîbi calısır. Bura-daki farklılık. ckran vcrinc foton dc-
tckiorlcrinin ycr almasıdır. Dctck-tiirlcrdcn birisi sadccc aydııılık sa-çakları algılayacak sckilde (aydınlık dctcktörii) digeri ise sadcee karatıhk saeaklar] algılayacak şckilde (karan-lık detcktörii) ycrlcştirilir.
Yoldaki Çakıl Taşı
Eger, ışıgın izlediği yollardaıı hi-risinc, ürncgin yukandakinc bir ı^akıl taşı vcrlesıirirsek nc olıır? Birinci de-mct ayırıcının foıonları eşıı ol.ısılıkla aşagı ya da yııkarı dognı olarak rası-gclc yönlcndirdigini varsayalım. Btı dııııımda, yııkarıdaki yolıı seceıı fo-ton cakıl tasma çarpacaktır (hir diger dcyisle süpcrbombayı patlatacaktır)
vc ikinci deroeı ayıneıya asla ulaşa-
mayacaktır.
Egcr foton alttaki yolıı seçerse, çakıl tasıyla ctkileşmeycccktir. Os-telik. ikinci dcnıet ayırıcıda girisim olıısma\acakıır; çiinkii foton icin sa-decc bir yol vardır. Sonııç olarak. fo-
toıı ikinci deıııct ayırıcııla rasgCİC bir secim daha yaparak iki detcktördcn hirisinc ıılaşacaktır. Eger. aydınlık dctektöriinc ıılaşırsa, hıı sonııe hi/.c
herhangi biı bilgi permeyecekr.tr. ÇunkO, foton. çakıl casmm olmarâası
dıırıımıınıla da bıı dctcktörc ıılaşa-caktı. Ancak. foıonun karanhk dc-tcktörıiııc ıılasma şansı da vardır. Eğcr olay hu şckilde gerçcklcşırsc, ısıgın izlcdigi \ollardan birisinde bir cisim oldugunıı anlayahiliriz. Biz sa-decc hir fotOn gönderdiğimiz vc onu karanlık detcktörüyle tespit cdebil-diğimi/ için. onnn cakıl tasıvla ctki-leşrnis olması miimkün degildir. Bu şekilde, caktl casımn varlıgını onunla ctkileşim yapmadan tespit ctmis olurıız.
Dıi/cnck bclli oranda baş.uılı olııyor: ancak. bİZ bıırada taıııamen başarılı olmasmı istiyorıız. Bıı hayret verici kuantum mckanikscl ola\ııı
aıdudakî gerçek, ısıgın ikili (hem
parcacık hcııı d.ılı;a> vapıda olınaşı-
dır. Inrerferometrc boşken (çakıl taşı vokkcn). ışık bir dalga gibî davrana-rak. ikı volu birden izler vc girisimc ncden olur. Eğeı yollardan birisinde
bir cngel varsa. ısık höliinmez bir parçacık gibi davranu ve yollardan
sadcee l)iıiın scı;er. Vollardan birisin-deki cakıl tasının varllğl, fotoıı onıııı-la ctkilcsmek zorımda olmasa da. ı;ı-rışıııı olasılıgmı tamamcn oıtadan kaldırır.
Elitzur vc \ aidman'm fıkirlerini kanıtlamak icin Ccnevre I nivcrsite-si'nden Tlıomas Hcrzng vc Innsh-
Karanlık detoklörü
^-
Demet ayırıcı
Detaktor
Çakıl taşı yerıne ayna kullanılan Elitzur-Vaidman deneyinin bir canlandırması. Yollardan bırisine yerleştirilen ayna, girişimi engeller ve fotonun ka-ranlık detektörüne de ulaşmasına olanak tanır.
28
11,1,,,,,. |,L„ık
rııck ('nivcrsitcsi'ndc çalışmalaniU sürdiircn yazarlar, iki yıl önce. unla-rın düşüncc dcncylcrini gercckles«ıir-dilcr vc etkileşimsi/ ciha/ların yapı-
labileceğini gösterdilet, Tek l>iı f<>-ton cldc cdcbilmck için dognısal ol-mayan bir optik kristal kullanıldı. Kristal iizerinc dogrııltııları morotesı lazer fotonları. bazcn daha düsük cııcrjili iki fotona donilşcrck birbirlc-rine 30 derccc açi yapacak şckilde yol alırlar. Bıı fotonlardan birisini üü/leycbiliısck. orııııı diger cşinin dc varlığına kesirı olarak cmin olabilir vc dcncyc vöncltcbiliriz.
Ktıllanılan inrerfcrometrc, Klit/ııt \c Vaidman'ın bahscıtigiıulen biraz daha farklıydı. Aynalar vc dcmet .ı\ı-rıcılar. öyle bir yedcştirilmişlerdJ ki giden fotonlar aynı yolıı i/.leycrek gcri düııiivorlardı. Çakıl taşının yok-luğunda fotonlann aydınlık dctcktö-riinc tılaşma janslart, yıkıcı girişim ııcdcniylc (avııı cift yarık dcncyindc Oİdtlğu gibi) lıcıııcn hcmcn imkan-sızdı.
I )cııcydc. çakıl taşı ycrinc ayna kııllanıldı (Kficr ayna iizcrine bir l'o-
ton düşerse, onu dctektörc gondcrc-cck vc böylccc ayna ilc foton arasın-da bir etkileşim ohıp olmadtğı algrla-nabilicekti). Ölçümleri sonunda, yarı
oranla. uyrıa ilc l'otonıın ctkileşime girdigi; dörttc bir oranla da karanhk detcktiirünc lotonların ıılaşrıgı tcspit edildi. Karanltk dctcktörilnc Uİaşan fotonlar, cismin ctkileşjmsi/ algılan-dığı anlamıııa gcliı.
Dcncyın biraz d.tha genişjetilme-sıvlc. dcmct ayırıcısının yansıtıcıhgı-nı azaltılarak, l'otonların cismin üzcrı-nc diişmc nlasılığı da a/altıldı. Bıı sa-ycdc fotorılarııı karanhk dctektöriinc \c cismin ii/eriııc gitme olasıhkları hcmcn hcmen csjtlcndi. Böylecc.
Sııadan ışık
Dıkey
kutuplanmıs
ışık
Ysiay
kutuplanmıs
ışık
Polarizasyon. ışığın hangi doğnıltuda salındığını tanımlar.
Klit/tır vc Vaidman'ın i'ınerdigi ctki-lcşjmsiz algılama aııcak yarı yarıya olasıhkla gcrccklcşmiş oldu,
Kuantum Zeno Etkisi
l'eki. bıı dıırtımda yapabilcccği-mı/iıı cn ıvısi vii/de elli mir Ocak I994"te Stanford (inıvcrsircsi'ndcn M.ıık A. Kascvıch, /iyaret icin bıı .ı\-lıgına gittiği Innsbruck'ta ııcrcdcysc hcr dcncmctlc gercekleşebilccck bir ctkilcşjmsi/ algılama yöntemi ortaya çıkarılmasına katkıda bulundıı.
Bıı ycni tcknik. diger bir garip kııanııını olgıısunun ilginç uygula-masını iccriyor. Tcmelde. bir kııan-tıım sistcıni. Iıcr ııc kadar birdıırıım-dan kcndîliğinden diger durumJara gecebilse dc, başlangıc durumunda kalmaya zorlanabilir. Hıınıın ncdcni. lilçümlcriıı kııantıım sistemleri üzc-rindcki alışılmadık ctkilerindcdir. Bu olay. kuantum Zeno ctkisi oiarak da adlandırılır: çönkü, Vunan liio/.of /.cno'nıın iinlll paraıloksuyla bcnzcr-lik gösterir. Zcno. Iıavada uçan bir okıııı harcketindc birçelîşkj bulmııs-tıır: çiinkü. uçuşunıın hcr anmda. <>k
Polarizasyon döndürûcüleri
Yatay kutuplayıcılar
ttttttttHtt
Kuantum Zeno etkisı. yukandakı gibı bir düzenekle canlandınlabilir. Yatay kutuplanmış bir fotonu. herbih polarizasyonu 15 derece döndürecek şekilde. toplam 90 derece dön-düren peş peşe altı filtreden geçinscek olursak ve yolun sonuna da düşey kutuplanmış ışığı soğuran bir filtre yerleştirirsek. foton tamamen soğurulacaktır. Döndühicülenn arasma yerteştihlen yatay kutuplayıcılar ise polahzasyonun yatay kalmasını sağlar.
havada donmııs. gilıi dıırmaktadıı. Bıı ol.ıy, şuna bcnzcr: Atcş ii/.erindcki caydanhga nc kadar bakarsak baka-lım. bu onıın ieerisiıufeki suyun k.ı\-nama süresini ctkilcmc/. Ilalbııki. ktıantum mckanigiıulc. böyle bir cı-ki vardır; yani ölçiinılcr sonııylaıı ct-kilcr.
Kascvıch. 1980 vılında Ashcr l'c-rcs taraliıulan, bıı etkiyi kamtlaınak amacıyla tasarlanan iirncgi ycnidcn clc aldı. Bıı çok basit örnck. IŞlgtn bir digcr üzclligini içcriyor: polarizasvon (kııttıplanma). I'olari/.asyon. ışık dal-gaJannm hangi doğrultuda salmdığı-nı tarıımlar. Uiişcy kııttıplanmış bir ısık dalgası aşagı vc yııkarr, yatay ktı-tııplanmış bır ısık dalgası saga vc sola dogrıı salınım yapar. Bu salınımlar, IŞlğM yavılım viinı'mc dik açi yapar-lar. (Jiincs'tcn ya da digcr pck vok ısık kaynağından kaynaklanan IŞlk, 'jcııclliklc her doğrııltııda salınım ya-par. Ancak. biz burada daha cok dü-şcy vc yatay polarizasyonlarla ilgilc-niyoruz.
Ştmdİ vatay kutııplanmış bir foro-nıı. hcrlıiri polarizasyonnnıı biraz dönıliirccck şckildc. toplam u0 dcrc-cc dOndUren pe$ peşe altı fıltrcden geçirdiğimizi varsayaltm. Volculuğıı-uıııı sonıında da. fotonıı diişey kn-tuplanmış ışığı soguran (yani diişey kutuplanmis ısınları gecirmcycn bir polarızc filtrcdcn gecirelim.
Bıı dıırıımda. herhır filtrc. ışıgın poları/asyonıınu 15 derccc ccvirccck vc snnııçta dt'işey kuıııplanmış halc gclcn ışık. tiltteye geldigindc tama-rncn soğurulacak, detektörc ulaşa-mavacaktıı.
Ilcrbır polarizasyon ddndûrQcQ-siinün arasına bir yatay polari/c filtrc ycrlcstirmck isteııcni saglar. Ilk dün-dıiriiciidcn sonra, ı$ık yatay dıırıım-
« »ı Hl. Vftl
29
dan fa/.la sapmış olmayacaktır. FûIO-nun ilk yatay polarizc filtrc tarafın-dan sogıırıılma olasılıgı a/dır (sadcce "/< 6.7). Bu oran. matcmaıikscl ola-tak, döniiş açısımn siniisilnün karcsi olarak besaplanıyor.
Bğer, foton birinci filtrcde soğu-rtılmadıysa. hâlâ yatay polarizasyon-da ılemcktir. Oyle olmak /orundadır V'ünkü yaıay polarizc filtrcdcn gcçe-bilcn, yatay kutuplanmış. fotonlardır. Ikinci döndiirüciiyc ulaştıgında. iş-lem tekrarlanır ve polari/.asyon bir 15 derccc daha döndiirüliir. Ikinci pola-ti/c filtrcvc ıılaştıgında isc. SOğurUİ-ma ihtimali yinc birincisindc oldııgıı kadardır. Bıı olay, foton sogıırıılma-dıgı siirccc. cn sondaki polari/c filt-rcyc kadar siirer.
Altı döndiirücilniin varhgmda, fo-tonıın sogıırıılmadan sistcmin için-den gccmc olasılığı yaklasık Uçtc iki-diı. Bıı evrcleri artırdıgımız taktirdc. fotonun sogtırulma ihtimali daha da a/almaktadır. Kvrclcrarttıkça, polari-
zasyon dbndDrflcillerinin açısı da azalacak <°4) derecenin evrc sayısına bölümii kadar) ve bu saycdc fotonun geçme olasıhğı da artacaktır. Omegin 20 cvrc için fotonıın detcktörc ııla$-ma olasılıgı % 90 olacaktıt. Kger, 2500 cvrcdcn oltışan bir dii/cnck ku-rabilscydik. fotonıın hcrbir polari/c filırcde soğıırulma olasıhgı yalnızca bintlc bir olacaktı. Vc cgcr miimkiin nl.ıbılscydi. foton sonsıı/ cvrcdcn olıışan bir dii/enektcn kcsin gcccbi-lccckti.
Kııantum Zeno etkisini gcrvck-leştirmek amacıyla. yinc daha öncc
kullanılan dogrusal olmayan kristal. tck bir foton cldc cdebilmck icin kullanıldı. Altışar polatizasyon dön-düriicü vc polari/e filtrc kullanmak ycrinc. ikisindcn dc yalnı/ca bircr ta-nc kııllanılarak. fotonun, üv ayna yar-dımıyla. hcrbirinden altış/ar kc/ geç-mcsi sagtandı. Polari/c filtrenin yok-luğunda. sistcmi tcrkcdcn foton hcr zaman diişcy kutuplanmış v'^mak-taydı. Polarize filtrcnin varlığında isc (foton onıın tarafından sogıırıılmadı-£ı taktirdc) foton her zaman yatay polari/c oltıyordıı. Daha öncc dc tah-min cttigimiz gibi. foton Uçtfi iki ola-sılıkla sogurulmadan geçcbiliyordıı.
Daha sonra, asıl .ıın.iv olan cıkilc-şimsiz ölv'ümlcri daha vcrimli bir şe-kiltlc gcrvcklcştircbilmck için ugraş-ılmaya başjandı. Bıııııın için Zenoör-rıeği vc orjinal Klitzur-Vaidman mc-
Çakıl tası
Polarize
tfemef ayırıc *
Polarızasyon
döndı.
Acılıp
kapanabılir ayna
Kuantum Zeno etkisi ve Elitzur-Vaidman düzeneklerinin birleştirilmesiyle oluşturu-lan bu dûzenekle, etkileşimsiz ölçümler daha verimli bir şekilde yapılabiliyor.
Kuantum Zeno etkisini gerçekleştirmek için, altısar polarizasyon döndürücü ve kutuplayıcı kullanmak yerine. ikisinden de birer tane kullanılarak, fotonun üç ayna yardımıyla herbinnden altışar kez geç-mesi sağlandı.
todıınıın hirlcşiminden dogan bir sıs-tem geliştitildi. Sistemc gönderilcn vc yatay polari/c cdilmi$ bir foton yi-ne birkaç evrcden gev'iyor. (Bıınıın iv'in v'ok hı/lı açiltp kapanabilen ay-nalar gcrckiyor: bıı tip aynalar. atmalı la/erler îçin daha önce gcliştirilmis-ti). Sistcmîn bir ucıında ycr alan po-larizasyon dondiiriiciisü. hcr scferin-de fotonun polari/asyonıınu bir mik-tar dondiirür (örncgin 15 derccc). Diger ııvta ise bir polari/asyon intcr-feromctrcsi vardır. Bıı inrcrfcromct-rc. bir polari/c demet ayırıcısı vc hcrbirinin sonunda birer ayna olan iki yoldan ıılıışur.
Polari/c demct ayırıcısından gc-lcrı liinı yatay kutuplanmış ışık gece-bilir ve diişcy kııttıplanmış ışık yan-smlır. Cicrvcktc yansıma vc gevmc olasılıkları vilt yarık dencyindekileıc ben/crdir. Kgcr. polarizasyon inter-fcromctrcsindc bir cisim yoksa, dc-met ayırıcıdan, polari/asyonuna gorc ayrılan ı$ık. aynalardan yansıdıktan sonra tckrar dcmet ayıtıcısında bıılıı-şıır. Sonuçta, foton. intcrfcrometrcyc girdigi ückilde gcri vıkar. Hcr sefcri-nc 15 dcrccc dondiirlllen pnluri/as-yon altı tıırdan sonra dik hıılc gclir.
Intcrfcromcrrcnin. dik polarizas-yonltı Iflğffi yol uldıgı bolllmilne bir cisim yerleşcirildiginde dıırıım tama-mcn furklı bir hal ıılır. Bu dıırum. kıı-anttım Zcno ctkisi dcncyinin altı po-larizc filtrc cklcnmis haliylc benzcr-lik gostcrir. Ilk turda. fotonıın 15 de-recc dondUriildükten sonra dUscy polarize yolunu sevmc olusıhgı ol-dııkva diişüktıir (yiizde 6.7). Kğcr bu
30
11,1ın.» l.k.Mİ.
Açılıp kapanabilir ayna
Medusa
Etkileşımsız fotoğraflar
Polarize
demet
ayırıcı
Polarızasyon döndûrücu
Polarize demet
Etkıleşımsız teknikler kullanılarak. Medusa gibi. ışıkla etkileşime gırmemesi gereken cisimlerin fotoğrafı çekilebilir.
nlasılık gcrceklcşmezsc, yani foton soğrulmazsa. yatay yolu seçecek ve polarizasyonıı ycnidcn tamamen ya-tay olarak düzcltilecektir.
Aynı Zcno omeğindeki gibi siî-reç tüm turlarda dcvam cder ve altı turdan sonra foton sistemi terk cder. Fotonun polarizasyontınu öl-çerck. onun hâlâ yatay polarizas-yonlu olduğunıı buluruz ve böylece yollardan birini kapayan cismin var-lığını anlarız.
Aksi takdirdc, fotonun düşey ku-tııplanmış bir şckilde dışan cıkması beklcnirdi. Fotonun içeride daha çok tur atmaslnı sağlayarak soğurulma ih-timalini istediğimiz kadar azaltabili-riz. Bugiin, Los Alamos Ultısal Labo-ratııvarı'nda yapılan deneylerde % 70 olasılıkla ctkilcşimsiz ölçümler yapılabiliyor. Bir sonraki hedef isc bıınu % 8S'e çıkarmak.
Kuantum
Büyüsünün
Uygulanması
Pcki biitiin bu kuantum hokka-bazlığı ne işe yarıyor? Olay, lazerin keşfedilmek üzere olduğu yıllarda. bilim adamlarının pekçok çöziim yo-lu aradıkları dönemi andırıyor. Etki-leşimsiz ölçümler, örneğin bir cismin fotoğrafını onu ışığa maruz bırakma-dan çekmek için kullanılabilir.
Fotoğraf, şu şekildc çckilcbilir: Sisteme sadece bir foton göndermck yerine, fotoğrafı oluşturacak her nok-ta için birer foton göndererek vc her biri için etkileşimsiz ölçiimler yapa-rak, cismin yolu kestiği bölgelcri saptayabiliriz. Cismin yolıı kcstiği bölgelerdc polarizasyon yatay; kcs-mediği yerlerdc isc diişcy olacaktır. Son olarak, bu fotonları polarizc bir fıltreden geçircbiliriz. Kğer filtreyi diisey ycrlcştirccck olursak görüntü-miiz negatif, yatay yerlcştirecek olur-sak pozitif olacaktır. Her iki durum-da da cismin görüntiisü, ona hiçbir şekilde "dokunulmadan" oluşturul-muş bulunacaktır.
Bu görüntüleme yönteminin uy-gıılamalarından birisi, bir giin tıp ala-nında, canlı hücrclcrin görüntülen-mesindc kııllanılabilir. Ornegin bir hastanın x-ışını fotoğrafı onu x-ısını-
na maruz bırakmadan çekilebilir. Bu göriintülcme yöntemi, hastayı x-ısını gibi zararlı ışınlardan koruyacaktır.
Ilcmcn uygtılama bıılabilecek bir diğcr olay isc ultrasoğutulmus atom bulutlarının görüntülenmesi olabilir. Bıınlardan en soğuklan. yeni bir tiir kuantum durumu oluşturan bulutu olıışturan atomlar, Bose-Einstein yo-ğunlaşması gösterirler. Bu tiir atom bulutları o kadar soğuktur ki, çok ya-vas hareket ederler ve bulutun içeri-sindeki atomlar dağılmadan bir arada durabilirler. Bulut üzerine gönderi-len bir foton, atomlardan birisini bu-lutun dışına fırlatabilir. Bu durumda, bıılutu dağıtmadan görüntülcmck imkansızdır. Halbuki, ctkileşimsiz yöntemle böyle bir bulutun göriintii-lcnmesini mümkiin olur.
Kuantum cisimlcrinin yanı sıra, ctkilcşimsiz yöntem. diğer cisimlcr üzerinde de kullanılabilir. Örneğin, bu teknik, bir Schrödinger kedisinin (bu kuantum mckaniğindc oldukça
Yatay kutuplayıcıdan geçen bir ışık üe-metlnın öüşey bileşenî. tamamen soğuru-larak. demet yatay kutuplu hate gellr.
scvilcn bir örncktir) yaratılmasına olanak sağlayabilir. Bıı kuantum ke-disi, öyle bir özclliğc sahiptir ki aynı anda iki durumda (ölü ve canlı) bu-lunabilir. Gcçtiğimiz aylarda, l'lusal Standartlar vc 'I"cknoloji Enstitü-sii'nde bir berilyum iyontından "kc-dicik" yaratımı başanldı. Lazerler ve clcktromanyetik alanlar bir arada kullanılarak, iyonun aynı anda birbi-rine 83 nanometrc uzaklıkta bulun-ması sağlandı ki, kuantum ölceğinde bu muazzam bir mesafedir.
(iiinlük yasamdaki gözlemleri-mizin kapsamı dışmda kalan ctkile-şimsiz ölçiim kavramı, saçma değil-se bile bir tuhaf görünüyor. Ancak, kuantıım mekaniğinin hep olasılık-lar alanında kullanıldığını hatırlarsa-nız, bu size o kadar da garip gelme-ycccktir. Yapılan, gcrçekleşme ola-sılığı bulunan bir etkilcşime engel oltınmasıdır.
Eğer bu sizi tatmin etmiyorsa, yıllardır, fızikçilerin bile kuantum diinyasındaki garipliklcri kavramakta zorlandıklarını bilmeniz yararlı olabi-lir. Kuantumun başarısını olusturan temcller, (ışıgın dalga ve parçacık (izelliklcri ta.şıdığı ve kuantum öl-çiimlerinin doğası) 1930'lardan beri biliniyor. Fizikçiler ancak şimdilerde karanlıkta görme ya da bilgi işlem gi-bi fikirleri, yeni olguları keşfetmek amacıyla uygulamaya başladılar.
Kttiat P., U'cınfuttct. H-, ZclııiECt A..
Scıcnttrıc Amcncjn, K.ısıın 1996
Çcvın: Alp Akııglu
t).»k 1V)7
.11
Onlar "çevre koruma tarihine" imzalarını attılar
1995/96
Avrupa
birincisi.
?****.
Şimdi sıra sizde!
1996/97 HenryFord
Avrupa Çevre Koruma Ödülleri
projelerinizi bekliyor.
'TOmotıv teknolojisinm lıden Ford, ^^^^Kvre koruma" konusundakı vadece sözle değil. ödüllerle kutluyor. ■ e Koruma Ödüllerı, Ford'un. K "çevre" konusundakı sorum-luluçW^^^Wİe gerçekleşlırdığı, Avrupa'nın en büyük^H^Btoruma" programlarından bırı... Bu yıl 25 ülkefl^katıldığı organızasyonda toplam 500.000$'lık öduTvenlecek.
Yarışmanın amacı. doğayla teknolojinin, çevreyle kalkınmanm uyum ıçinde bır arada sürdürüle-bilmesı ilkesine hizmet eden çalışmaları destekleyıp özendirmek. Avrupa'da yaygın bir üne sahip olan, her yıl büyük ilgi gören Ödül Programı. UNESCO vVorld Herıtage Central ve Council of Europe desteğınde düzenlenıyor.
Geçen yıl, Türkiye'de ilk kez gerçekleştırilen bu programda ulusal jürı, Prof. Dr. Mustafa Erdik ve Prof. Dr, Ahmet Çakmak'ın "Ayasofya'nın Depremden Korunması" adlı projesıne Türkiye Birincilik Ödülü'nü vermiş ve bu proje, Avrupa'da Türkıye'yi temsil etmıştı. Italyanların "Adriyatik Yunusları Projesi" ıse, Avrupa Birincilik Odülü'nü almıştı.
L
D
Kimler katılabilir?
"Henry Ford Avrupa Çevre Koruma ödüllen"ne, planlama aşamasını tamamlayıp uygulama aşamasına geçmış, aşağıdakı kategonlerden bırıne gıren kışısel ya da kurumsal her çeşit projeyle 28.2.1997 tarihıne kadar katılınabılir
1) Doğal Çevre
2) Kultur Mirası
3) Çevre Koruma Mühendislirji
4) Gençlik Projeleri (16 yaş ve altı) Değerlendirme ve ödüller...
Yarışmaya katılan projeler, önce, her ülkenin kendi jurisi tarafından değerlendirilecek... Bırincı 6000 $, ıkincı 2500 $, uçüncü ıse 1500 $ ıleödüllendırilecek. Daha sonra. ulusal jürı tarafından uygun görülen proje Avrupa genelindeki Grand Prix (Büyük Ödül) için ülkelerin katılımıyla oluşan Avrupa Jürısı'nın önüne çıkacak.
Ülkemizde bu konularda çalışan tüm kişi ve kuruluşları, bu yarışmaya katılarak projelerıni Avrupa'da da tanıtmaya çağırıyoruz.
