Albert Einstein‘ın 1915’te ortaya koyduğu genel görelilik teorisi tarafından varlığı ön görülen kütleçekimsel (gravitasyonel) dalgalar, uzay-zaman eğriliğinde yayılan, kütleli nesnelerin belirli hareketleri sonucunda üretilen dalgalardır. Geçtiğimiz yılların büyük yankı uyandıran önemli olaylarından olan 2015 yılında Lazer İnterferometre Kütle Çekim Dalga Gözlemevi (LIGO) ve Virgo İnterferometre İşbirliği tarafından gerçekleştirilen deneyde, kütleçekimsel dalgaların ilk doğrudan gözlemi Einstein’ın ön görüsünü haklı çıkarmıştı. LIGO deneyinde tespit edilen kütleçekimsel dalgalar, 1.3 milyar yıl önce gerçekleşen iki süper kütleli kara delikten yayılıyordu. Ve uzay-zamanda dalgalanmalara neden olan bu olay, 4 km uzunluğunda optik interferometreler kullanılarak tespit edilebilmişti.
Kütleçekimsel dalgaların tespit edilebilmesi önemlidir çünkü: evrende gerçekleşen (örn: kara delik çarpışmaları) ve çok az ışık bırakan veya hiç bırakmayan olayları tespit edebilmemizi sağlarlar. O yüzden bu dedektör teknolojilerini daha da hassaslaştırarak geliştirmek önem taşımaktadır.
23 Haziran 2020 tarihinde New Journal of Physics’te yayınlanan “Mesoscopic Interference for Metric and Curvature (MIMAC) & Gravitational Wave Detection” başlıklı yeni bir makalede de Londra Üniversitesi Akademisi, Groningen Üniversitesi ve Warwick Üniversitesi’nden araştırmacılar, şu anda kullanımda olan dedektörlerden 4000 kat daha küçük olan ve orta frekansta kütleçekimsel dalgaları tespit edebilen kuantum teknolojisi tabanlı bir dedektör önerdiler.
Mezoskopik nesnelerin kuantum uzamsal üst üste yaptığı girişimlerin böyle bir dedektör oluşturmak için kullanılabileceğini gösteren, aynı anda iki konumda kütleçekimsel dalgaları ölçebilen ve karşılaştırabilen bir dedektör oluşturmak için yeni bir yol sunan bu araştırmaya dilerseniz gelin biz de bir göz atalım. 🥳
10-17 kg ağırlığındaki nano ölçekli elmas kristallerden faydalanan yeni dedektör, nano elmas kristalleri, Stern-Gerlach interferometrisi kullanılarak kuantum uzamsal bir süperpozisyon durumuna yerleştirir. Kuantum mekaniği, bir nesnenin aynı anda iki farklı yerde mekansal olarak yer değiştirmesine izin vermektedir. Sezgilerimize karşı olan bu durum, her ne kadar günlük deneyimlerimizle doğrudan zıt uçlarda olsa da, kuantum mekaniğinin süperpozisyon prensibi nötronlar, elektronlar, iyonlar ve moleküller kullanılarak deneysel olarak doğrulanmıştır.
Makalenin baş yazarı Ryan Marshman önerdikleri yeni dedektör ile alakalı şu yorumu yapmaktadır:
Süperpozisyon prensibini kullanan kuantum kütleçekim sensörleri zaten bulunmaktadır. Bu sensörler, kütleçekimsel dalgaları ölçmek ve inanılmaz derecede doğru ölçüm cihazları yapmak için kullanılır. Deneysel çalışmamız, kütleçekimsel dalgaları incelemek için gereken yeni interferometri teknikleri sunmaktadır. Dedektörümüzün LIGO’ya kıyasla farklı kütleçekimsel dalgaların frekanslarını keşfedebileceğini bulduk.
Diğer yandan araştırma ekibi, önerilen daha küçük dedektörlerinin, arka plan gürültüsünden kütleçekimsel dalga sinyallerini seçebilecek bir dedektör ağı oluşturmak için kullanılabileceğini öngörüyor. Ve bu ağın aynı zamanda kütleçekim dalgalarını oluşturan nesnelerin yeri hakkında kesin bilgi vermek için de yararlı olacağını düşünüyorlar.
Araştırma ekibinden bir başka yazar olan, Profesör Sougato Bose’de teknolojileri ile ilgili şu yorumu ekliyor: “Önerdiğimiz sensör kapsamı alanında iddialı olsa da, şimdi ve yakın gelecekte kullanılabilir.”
Farklı parametrelere dayanan bu yeni dedektör teknolojisi için gerekli kuvvetler, gerekli vakumun kalitesi, kristalleri süperpozisyona yerleştirme yöntemi ve süperpozisyonun sağlam kalmasını sağlamak gibi oldukça farklı sorunlarla baş etmekte olan ekibin bir sonraki adımı, cihazın prototipini oluşturmaya başlaması için deneysel fizikçilerle ve mühendislerle işbirliğine gitmek.
Kaynakça
- UCL tarafından Materyal
- Ryan James Marshman, Anupam Mazumdar, Gavin Morley, Peter F Barker, Steven Hoekstra, Sougato Bose. Mesoscopic Interference for Metric and Curvature (MIMAC) & Gravitational Wave Detection. New Journal of Physics, 2020; DOI: 10.1088/1367-2630/ab9f6c
Yoruma kapalı.