Atom çekirdeklerinin temel parçacıklarından olan protonlar, karmaşık partiküllerdir. Atom altı parçacıklar ise kuarklar ve gluonlar olarak nitelendirilebilecek küçük parçacıklardır. Atom altı parçacıkların oluşturduğu kuark-gluon plazmasının yani evrenin oluşum anında bulunan madde halinin keşfinin sağlandığı Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’ndan elde edilen yeni veriler, protonların bileşenlerinin bağımsız davranmadıklarına işaret ediyor. Bu parçacıkların bağımsız davranmak yerine birbirlerine bağlı oldukları anlamına gelen kuantum dolanıklık, yapılan yeni bir çalışma ile yeniden raporlandı.
Kuantum dolanıklık, daha önceki çalışmalarda daha büyük ölçeklerde araştırılmıştı. Deneyler sırasında, dolanıklığın bileşeni olan parçacıkların aralarında binlerce kilometrelik mesafeler olsa dahi birbirlerini anında etkiledikleri gösterilmişti. Biliminsanları, dolanıklığın protonun içinde gerçekleştiğinden şüphelenseler de; bu fenomenin işaretleri parçacık içerisinde deneysel olarak gösterilememişti.
Kuantum dolanıklık varsa, entropi artışı görülecektir
Amsterdam’daki Vrije Üniversitesi’nde çalışma yürüten ve sözü edilen araştırmanın içinde olmayan teorik fizikçilerden Piet Mulders çalışmaya ilişkin olarak yaptığı açıklamada, “Eğer dikkatli bakarsanız, buradaki kuantum mekanik parçacığı görebilirsiniz. Bu parçacık kendi kendine dolanarak, kuantum dolanıklığı oluşturmuş” ifadelerine yer verdi.
Bu yeni çalışmada görevli olan ekip, Cenevre’de bulunan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda yüksek hıza çıkarılarak birbirleri ile çarpıştırılan protonları analiz etti. CMS deneyi olarak adlandırılan bu çarpışma deneylerinden elde edilen verileri kullanan araştırmacılar, proton içerisindeki kuantum dolanıklık nedeniyle ortaya çıkan entropiyi inceledi. Entropi; bir sistemin içerisinde bulunabileceği olası durumların sayısına mikroskobik düzeyde bağlı olan bir özellik olarak karşımıza çıkıyor. Bir benzetme yapılacak olursa, entropiyi bir iskambil destesine benzetebiliriz. Karılmış bir destedeki kartları sıralayabilmek için çok sayıda yol var. Buna karşılık, dizilimi yapılan deste sadece bir tanedir. Buradan doğru bakılacak olursa, karılmış yani düzensizliği artırılmış bir destenin entropisi daha yüksek olacaktır.
Eğer bir proton içerisinde kuantum dolanıklık varsa, bu bağlantılar yoluyla burada fazladan bir entropi artışı görülecektir. Bu entropi her çarpışmada yeni olarak üretilen parçacıkların sayısı üzerinden hesaplanabilir. Bu çalışmanın bir dergide yayımlanmadan önce emsal değerlendirmeden geçmesi gerektiğini ifade eden biliminsanlarının kuarklar ve gluonlar dolanıklık içerisindeyken varsaydıkları entropi miktarı ile çalışma sonucunda bulunan entropi miktarının tutarlı olduğu ifade edildi.
Kuarklar yalıtılmış hücreler gibi var olamaz
Kuantum dolanıklığın göstergelerinin henüz yeterli olmadığını ifade eden Almanya’daki Heidelberg Üniversitesi’nden teorik fizikçi Stefan Floerchinger, “Dolanıklığı kesin olarak doğrulamak için, diğer olası açıklamaların üzerini çizecek sıkı testlere ihtiyaç var. Ancak yapılan çalışmalar, yeni çalışma alanları oluşturacak ve protonların iç fiziğine ilişkin daha fazla çalışmanın önünü açacak.” dedi.
Gelecekte cevaplanması muhtemel sorulardan bazıları, kuarkların neden daha büyük parçacıkların içinde hapsoldukları ve neden tek başlarına görünmedikleridir. Çalışmanın yürütücülerinden New York’taki Stony Brook Üniversitesi’nde görevli teorik fizikçi Dmitri Kharzeev, “Protonlar üzerindeki kuantum dolanıklık çalışmaları, evrenin varoluşu üzerindeki bilmecelerin çözülmesine yardım edecek. Aslında bahsi geçen sınırlanma esas dolanıklık örneği olarak karşımıza çıkıyor, çünkü kuarklar yalıtılmış hücreler gibi var olamazlar.” açıklamalarında bulundu ve ekledi: “Onlar her daim, yoldaşları ile bağlantı halindedir!”
Kaynak: https://www.sciencenews.org/article/experiment-hints-quantum-entanglement-inside-protons?tgt=nr
