Kuantum mekaniği, yüzyılı aşkın bir süredir doğanın temel yasalarını anlamamıza olanak tanıyor. Ancak bu kuram yalnızca atom altı düzeyde değil aynı zamanda makroskopik sistemlerde de etkili olduğunu göstermek modern fiziğin en büyük zorluklarından biri olarak kabul ediliyor. Bu yıl Nobel Fizik Ödülü’nü kazanan bilim insanları, kuantum dünyasının sınırlarını zorlayan çığır açıcı deneylerle bu soruya somut yanıtlar sundu.
Resim 1. John Clarke, Michel H. Deverot ve John Martinis
Nobel Komitesi, 2025 yılı Fizik Ödülü’nü, makroskopik bir elektronik devrede kuantum tünelleme ve enerji seviyelerinin kuantalanmasını başarıyla gözlemleyen John Clarke, Michel H. Devoret ve John M. Martinis’e verdi.
Resim 2. John Martinis Nobel Fizik Ödülü’ nü kazandıktan sonra eşi Jean ile sevincini paylaşıyor.
John Martinis’ in eşi Jean, ödülün açıklanmasından saatler sonra evine gelen Associated Press muhabirlerine eşinin hâlâ uykuda olduğunu ve henüz haberi olmadığını söyledi. Geçmişte fizik ödülünün verildiği gece uyanık kaldıklarını ama bir noktadan sonra uykunun daha önemli olduğuna karar verdiklerini belirtti.
Eşi onu uyandırıp gazetecilerin röportaj yapmak istediğini söylediğinde, yeni Nobel ödüllü Martinis o hafta ödüllerin açıklandığını hatırladı. Bilgisayarını açıp duyuruya baktı ve kendi fotoğrafını diğer kazananlarla birlikte görünce şaşkınlığa uğradı.
Resim 3. John Clarke
Araştırma ekibine liderlik eden ve Nobel ödülü kazanacağının aklının ucundan bile geçmediğini söyleyen John Clarke ise şöyle dedi: ” Tam anlamıyla sersemledim. Yani, bu hayatım boyunca hiç, ama hiç hayalini bile kuramadığım bir şeydi. Cep telefonlarının çalışmasının temel nedenlerinden biri, tüm bu yapılan çalışmalardır.”
Resim 4. İsveç Kraliyet Bilimler Akademisi, İsveç’in Stockholm kentinde düzenlediği basın toplantısında bu yılki Nobel Fizik Ödülü kazananlarını açıkladı.
Araştırmacılar, ellerde tutulabilecek kadar büyük bir sistemde kuantum davranışlarını ortaya koyarak, kuantum mekaniğinin yalnızca küçük parçacıklara özgü olmadığını etkileyici biçimde gösterdi.
Kuantum Tünelleme ve Josephson Kavşağı
1984 ve 1985 yıllarında gerçekleştirilen deneylerde, süperiletken malzemelerle oluşturulan bir elektronik devre kullanıldı. Süper İletkenler, elektrik akımını direnç göstermeden iletebilen özel materyallerdir. Bu devrede süperiletken bileşenler, aralarına yerleştirilen ince bir yalıtkan tabaka ile ayrılmıştı; bu yapıya “Josephson Kavşağı” adı verilir.
Resim 5. Cooper Çiftleri ve Josephson Kavşağı
Araştırmacılar, bu yapıyı kullanarak sistemin tüm fiziksel özelliklerini hassas şekilde kontrol etti ve kuantum düzeydeki etkileri gözlemleyebildi. Devrede hareket eden yüklü parçacıklar, tüm sistemi dolduran tek bir parçacık gibi davranarak kuantum düzeyde bir bütünlük sergiledi.
Resim 6. John Clarke, Michel Devoret ve John Martinis’ in tasarladığı deney düzeneği
Sistem başlangıçta sıfır gerilimli bir durumda sıkışıp kalmıştı – sanki geçilemeyen bir bariyerin arkasında tutuluyordu. Ancak kuantum mekaniğinin öngördüğü bir fenomen olan tünelleme sayesinde, sistem bu bariyeri aşarak yeni bir duruma geçti. Bu değişim, devrede bir gerilim oluşmasıyla tespit edildi.
Enerji Seviyeleri Kuantum Gibi Davrandı
Deneylerin en dikkat çekici yönlerinden biri ise sistemin yalnızca belirli enerji miktarlarını soğurup yayabilmesiydi. Bu durum enerji seviyelerinin kuantalanmış olduğunu yani sistemin kesintisiz değil adımlı şekilde enerji değişimi yaşadığını gösterdi. Bu özellik, kuantum mekaniğinin temel öngörülerinden biridir ve daha çok atom altı parçacıklarda gözlemlenebilirdi. Ancak bu deneyle, ilk kez makroskopik bir sistemde net biçimde ortaya kondu.
Yeni Kuantum Teknolojilerinin Önünü Açıyor
Nobel Fizik Komitesi Başkanı Olle Eriksson, bu gelişmenin yalnızca temel bilim açısından değil, aynı zamanda teknolojik uygulamalar bakımından da büyük öneme sahip olduğunu vurguladı:
“Yüzyıllık kuantum mekaniğinin hâlâ bizleri şaşırtması olağanüstü. Üstelik son derece faydalı, çünkü tüm dijital teknolojilerin temelini oluşturuyor.”
Amerikan Fizik Derneği CEO’su Jonathan Bagger, söz konusu deneylerin kuantum mekaniğinin gerçek dünyada uygulanabilirliğini gösteren “önemli bir yapı taşı” olduğunu belirtti. Bagger’ a göre, bu çalışmalar yalnızca temel bilime değil, teknolojiye yön veren uygulamalı fiziğe de büyük katkı sağlayacak.
Etki Alanı Küçük Değil, Evrensel
Bugün kullandığımız bilgisayarlardan cep telefonlarına kadar pek çok dijital cihaz, kuantum mekaniğinin temel ilkeleri sayesinde çalışıyor. Nobel Ödülü, bu bilimin yalnızca teorik bir alan olmadığını; aksine günlük yaşamdaki teknolojilerin merkezinde yer aldığını bir kez daha hatırlatmış oldu.
Bu başarı, yalnızca bilim dünyasında değil, küresel ölçekte teknolojiye yön veren çalışmaların değerini bir kez daha gözler önüne serdi. Böyle ödüllerin artması, bilimin evrensel diline katkı sunan araştırmaların desteklenmesi açısından umut verici. Bilim insanlarımızın bu tür prestijli ödüllerle onurlandırılması, gelecekteki kuşaklara da ilham kaynağı olmaya devam edecektir.
Çeviren: Berna Hanım Subaşı
Redaktör: Ali İmran Tüzün
Bilimsel Redaktör: Özlem Bayal
