Feynman’ın 80 yıllık kuantum ‘yol integrali’ teorisi deneyle doğrulandı

Kuantum fiziğinin yaklaşık 80 yıl önce Richard Feynman tarafından geliştirilen temel bir postulatı, ilk kez deneysel olarak doğrudan doğrulandı. Science Advances dergisinde 26 Ağustos'ta yayımlanan araştırma, bir kuantum parçacığının izleyebileceği tüm olası yolları toplayarak davranışını tahmin eden "yol integrali" yaklaşımının tam da Feynman'ın 1948'de önerdiği şekilde çalıştığını doğruluyor.science+1

Deney

Çin'in Guangzhou kentindeki Güney Çin Normal Üniversitesi'nden Shi-Liang Zhu ve meslektaşları, Feynman'ın yol integralini tekil fotonları küçük aynalar, mercekler ve kristallerden oluşan bir labirentten geçirerek test etti. Ekip, deneydeki noktalar arasında ilerleyen bir fotonun kuantum durumunun nasıl değiştiğini tahmin eden ve propagatör olarak bilinen bir kuantum nesnesini ölçtü.newscientist

Araştırmacılar, belirli bir foton için ardışık beş propagatörü ölçüp bunları birbirleriyle çarparak yol integralini deneysel verilerden yeniden oluşturdu. Bu süreç sonucunda 1.419.857 farklı yol elde edildi ve bunların tamamı Feynman'ın formülüne aktarıldı. Elde edilen tahmin, fotonun gerçekte yaptığı hareketle tam olarak eşleşti.newscientist

"Tanıdık 'tüm yollar üzerinden toplam' ifadesi artık ders kitabındaki sembolik bir talimattan ibaret değil, bunun sonuçlarının doğrudan deneysel verilerden ortaya çıktığını görebildik," dedi Zhu.newscientist

Neden Önemli

Feynman yol integrali, ortaya atıldığı günden bu yana teorik fiziğin köşe taşlarından biri olmuş, kuantum elektrodinamiği, parçacık fiziği ve yoğun madde teorisindeki hesaplamaların temelini oluşturmuştu. Yine de bugüne kadar hiç doğrudan test edilmemişti. Bilim insanları, bu teori üzerine kurulan sistemlerin doğru tahminler üretmesi nedeniyle yol integralinin çalıştığını varsayıyordu.newscientist

Glasgow Üniversitesi'nden Jörg Götte, deneyin ulaştığı hassasiyeti gerçek bir bilimsel ilerleme olarak nitelendirdi. Bir fotonun hareket ederken yolunun doğrudan izlenemediği göz önüne alındığında, bu çalışmanın gelişmiş kuantum ölçüm ve kontrol yöntemlerini sergilediğini belirtti. Ölçüm farklı bir sonuç verseydi, "kuantum hesaplamalarında yol integralini kullanmanın tüm çerçevesi çökerdi."newscientist

Teknik Zorluklar

Zhu, deneyin neredeyse "her yönünün" eş zamanlı olarak geliştirilmesini gerektirdiğini belirtti. Yolların yüksek sayısı, beş propagatör çarpımı boyunca hataların ve deneysel gürültünün birikmesine zemin hazırlıyordu. Bu iyileştirmeler olmasaydı, nihai veriler neredeyse tamamen rastgele görünürdü.newscientist

Ekip, diğer alanlardaki araştırmacıların bu deneysel yaklaşımı farklı kuantum sistemlerine uyarlayabileceğini ve böylece fotonların hava yerine maddelerin içinden geçerken yolların nasıl toplandığını doğrudan ölçmek gibi daha karmaşık testlerin önünün açılabileceğini umuyor.newscientist