Mikroskobik dünya, kuantum mekaniğinin kurallarına göre işler. Bu çerçevede bir parçacığın özellikleri bütünüyle belirsiz olsa da, diğer parçacıklarla güçlü bir bağlaşıklık içinde bulunabilir. İsviçre'de bulunan Basel Üniversitesi fizikçileri Bell bağlaşıklıkları adı verilen bu görüngüyü yüzlerce atom arasında ilk kez gözlemledi. Ekip elde ettikleri bulguları Science dergisinde yayımladı.

Günlük hayatta karşılaştığımız nesneler, birbirlerinden ve birilerinin kendilerini gözlemleyip gözlemlememesinden bağımsız olan çeşitli özellikler taşırlar. Dolayısıyla Einstein'ın kimse bakmıyorken Ay'ın orada olup olmadığı sorusuna kendimizden emin bir şekilde evet diyebiliriz. Tabi bu kesinliğin küçük parçacıklar ölçeğinde varolduğu söylenemez. Bir atomun konumu, hızı ve manyetik momenti bütünüyle belirsiz olabilir ve öyleyken yine de uzaktaki başka atomlar üzerinde yapılan ölçümlere bağlı olabilir.

Bell bağlaşıklıkları için deneysel sınama

Atomların ölçümlerden ve birbirlerinden bağımsız olarak bir takım özelliklere sahip olduğu şeklindeki hatalı varsayım ile bir Bell eşitsizliği türetilebilir. Eğer bu eşitsizlik bir deneyin sonuçları tarafından yanlışlanırsa, atomların özelliklerinin birbirlerine bağlı olduğu anlaşılır. Atomlar arası Bell bağlaşıklıkları böyle tanımlanır ve ayrıca her bir atomun kendi özelliklerini ölçüm anında edindiğine işaret eder. yani ölçümden önce söz konusu özellikler bilinmiyor olmakla kalmaz; zaten mevcut değillerdir.

Basel Üniversitesi profesörlerinden Nicolas Sangouard ve Philipp Treutlein liderliğindeki ekip, Singapur'da çalışan meslektaşları ile birlikte, böyle Bell bağlaşıklıklarını nispeten büyük bir sistemde (tam olarak bir Bose-Einstein yoğuşuk maddesindeki 480 atom arasında) ilk kez gözlemledi. Daha önce yapılmış olan deneylerde en fazla 14 atom için Bell bağlaşıklıkları gösterilmişti.

Çok sayıda etkileşen parçacık

Çok sayıda parçacıktan oluşan sistemlerde Bell bağlaşıklıklarını gözlemlemek amacıyla, araştırmacıların ilk önce her parçacığın teker teker ölçülmesini gerektirmeyen (çünkü öyle yapmak, şimdilik mümkün olanın ötesinde bir kontrol düzeyi gerektiriyor) bir yöntem geliştirmeleri gerekti.

Takım bunu çok yakın bir geçmişte keşfedilen bir Bell eşitsizliği yardımıyla başardı. Yöntemi laboratuvarda sınamak için Basel araştırmacıları, lazerle mutlak sıfırın çok az üstündeki bir dereceye kadar soğutulan ultra-soğuk atom bulutları kullandı. Yöntemde, buluttaki atomların sürekli çarpışması, manyetik momentlerinin yavaş yavaş dolaşık duruma gelmesine neden oluyor. Bu dolaşıklık belli bir büyüklüğe ulaştığında, Bell bağlaşıklıkları algılanabiliyor. Makalenin başyazarı Roman Schmied şöyle açıklıyor: "Rastgele çarpışmaların basitçe düzensizlik yaratması beklenebilir. Fakat öyle olmuyor; kuantum mekaniksel özellikle öylesine güçlü bir dolaşıklığa giriyor ki, klasik istatistiği ihlal edebiliyorlar."

Her bir atom önce iki durumlu bir kuantum süperpozisyona giriyor. Atomlar çarpışarak dolaşıklaştıktan sonra araştırmacılar bu atomlardan kaç tanesinin hangi durumda olduğunu sayıyor. Sayılar her denemede rastgele çeşitlilik gösteriyor. Eğer bu çeşitlilikler belli bir sınır değerin altına inerse, atomlar sanki verecekleri ölçüm sonucunda anlaşmış gibi görünüyorlar. Bu anlaşma tam olarak Bell bağlaşıklıklarını tanımlıyor.