En küçüklerin dünyasında saklı hazineyi bulmanın en iyi yolu kuantum yerçekimi sensörü olabilir. Bu cihazlarda, serbest düşen atomlar, farklı yerlerde Dünya’nın çekimindeki ince değişimleri ortaya çıkarır. Bu değişimler, sensörün altında bulunan malzeme yoğunluğundaki farklılıkları göstererek, deney aletinin etkin bir şekilde yeraltına bakmasını sağlar. 24 Şubatta Nature dergisinde araştırmacılar tarafından yayınlanan makaleye göre, yeni bir deneyde bu makinelerden biri bir yeraltı tüneline ait küçük kütleçekimi etkilerini ortaya çıkardı. Floransa Üniversitesi’nde deneysel fizikçi olan Nicola Poli, Nature’ın aynı sayısında bu çalışma hakkında “Bunun gibi aletler pek çok uygulama alanı bulabilir” yorumunda bulundu. Poli, volkanların altındaki yeraltı suyunu ya da magmayı izlemek için veya arkeologların gizli mezarları ya da diğer eserleri kazmak zorunda kalmadan ortaya çıkarmalarına yardımcı olmak için kuantum yerçekimi sensörlerini kullanmayı hayal ediyor.Bu cihazlar ayrıca çiftçilerin toprak kalitesini kontrol etmelerine veya mühendislerin potansiyel inşaat sahalarını dengesiz zemin için incelemelerine yardımcı olabilir.
ABD’nin New Jersey Eyaletinde bulunan Rutgers Üniversitesi’nde atom fizikçisi olan ve çalışmaya dahil olmayan Xuejian Wu, “Kütleçekimini ölçmek için birçok araç var” diyor. Bazı cihazlar, bir yaydan sarkan bir kütleyi yerçekiminin ne kadar uzağa çektiğini ölçer. Diğer araçlar, bir nesnenin bir vakum odasında ne kadar hızlı yuvarlandığını ölçmek için lazerler kullanır. Ama kuantum kütleçekimi sensörlerindeki gibi serbest düşen atomların, oradaki en bozulmamış, güvenilir test kütleleri olduğunu söylüyor. Sonuç olarak, kuantum sensörleri, uzun vadede diğer kütleçekimi algılayıcılarından daha doğru ve kararlı olmayı vaat ediyor.
Kuantum kütleçekimi sensörünün içinde, aşırı soğutulmuş atomlardan oluşan bir bulut bir kanaldan aşağı bırakılır. Bir ışık darbesi daha sonra düşen atomların her birini her atomun aynı anda iki yerde bulunduğu bir kuantum belirsizlik durumu olan bir süperpozisyon durumuna böler .Dünya’nın kütleçekimi alanındaki biraz farklı konumları nedeniyle, her atomun iki versiyonu, düşerken farklı bir aşağı doğru çekiş hisseder. Başka bir ışık darbesi daha sonra bölünmüş atomları yeniden birleştirir.
Atomların dalgalar gibi davranabileceğini söyleyen garip bir kuantum fiziği kuralı olan dalga-parçacık ikiliği sayesinde, yeniden birleşen atomlar birbirine müdahale eder.Yani, atom dalgaları üst üste bindikçe, tepeleri ve çukurları birbirini güçlendirebilir veya iptal edebilir, bu da bir girişim deseni oluşturur. Bu model, her bir atomun bölünmüş versiyonlarının düşerken hissettikleri biraz farklı olan aşağı doğru çekimleri yansıtır ve atom bulutunun konumundaki kütleçekimi alanını ortaya çıkarır. Bu tür atom tabanlı cihazlar tarafından yapılan son derece hassas ölçümler, Einstein’ın kütleçekimi teorisini test etmeye ve Newton’un kütleçekimi sabiti gibi temel sabitleri ölçmeye yardımcı oldu. Ancak atom tabanlı kütleçekimi sensörleri sismik aktivite, trafik ve diğer kaynaklardan gelen titreşimlere karşı oldukça hassastır. İngiltere’deki Birmingham Üniversitesi’nden fizikçi Michael Holynski, “Çok, çok küçük titreşimler bile, herhangi bir yerde arka plandaki titremeleri ayıklamak için uzun süre ölçmeniz gerekecek düzeyde gürültü yaratır” diyor. Bu, kuantum kütleçekimi algılamasını laboratuvar dışında birçok kullanım için pratik hale getirdi.
Holynski’nin ekibi, düşen Rubidyum atomlarından oluşan bir değil iki buluttan oluşan bir kütleçekimi sensörü oluşturarak bu sorunu çözdü. Bir bulut diğerinin bir metre üzerinde asılıyken, cihaz tek bir yerde iki farklı yükseklikte kütleçekiminin gücünü ölçebilir. Bu ölçümleri karşılaştırmak, araştırmacıların arka plan gürültüsünün etkilerini ortadan kaldırmasına izin verdi. Holynski ve meslektaşları, Birmingham Üniversitesi kampüsündeki bir yeraltı geçidini tekerlekli bir ekipman arabasına bağlı 2 metre yüksekliğindeki 2’ye 2 metrelik beton tünel olan iki çok katlı bina arasındaki yolun altında uzanan sensörlerinin tespit edip edemediğini test etti. Kuantum sensörü, tünelin üzerinden geçen 8,5 metrelik bir hat boyunca her 0,5 metrede bir yerel kütleçekimi alanını ölçtü. Bu okumalar, tünelin kütleçekimi sinyalini yapısına ve yakındaki binalar gibi yerel kütleçekimi alanını etkileyebilecek diğer faktörlere dayanarak tahmin eden bir bilgisayar simülasyonunun tahminleriyle eşleşti. Araştırmacılar, bu deneydeki makinenin hassasiyetine dayanarak, muhtemelen her yerde diğer kütleçekimi sensörleri türleri için gereken sürenin yaklaşık onda biri olan iki dakikadan daha kısa sürede makinenin güvenilir bir kütleçekimi ölçümü sağlayabileceğini tahmin ediyorlar. Ekip, o zamandan beri tünel tespit deneyinde kullanılan kütleçekimi sensörünün küçültülmüş bir versiyonunu yaptı. Yeni makine, tünel testi için kullanılan 300 kilogramlık bir büyüklüğe kıyasla yaklaşık 15 kilogram ağırlığında. Diğer yükseltmeler, kütleçekimi sensörünün hızını da artırabilir. Mühendis Nicole Metje, gelecekte bir çim biçme makinesi gibi bir yerden bir yere itilebilecek bir kuantum kütleçekimi sensörü inşa etmeyi planlıyor. Ancak aynı zamanda Birmingham Üniversitesi’nde bulunan çalışmanın ortak yazarlarından Metje, bu araçları daha kullanıcı dostu hale getirmenin tek zorluğunun taşınabilirlik olmadığını söylüyor. “Şu anda, sensörü çalıştırmak için hala fizik bilen birine ihtiyacımız var.” Bu yüzden umutlu denizciler, kuantum kütleçekimi sensörleri için metal dedektörlerini takas etmeyi uzun bir süre bekleyecek gibi görünüyorlar.
Kaynak: Maria Temming, Science News
