Işığın Hızı ve Bose-Einstein Yoğunlaşması
Işığın vakumdaki hızı, evrenin mutlak hız sınırı olarak kabul edilmektedir. Einstein’ın teorilerine göre, hiçbir nesne saniyede 299.792 kilometreden daha hızlı hareket edemez; bu sınırı aşmak için ise sonsuz bir enerjiye ihtiyaç vardır. Ancak özel koşullar altında ışıktan daha hızlı hareket etmek mümkündür. Örneğin, ışık su gibi yoğun ortamlarda saniyede 225.000 kilometreye kadar yavaşlayabilir. Bu hız, hala oldukça etkileyici olsa da, nükleer reaktörlerde olduğu gibi başka parçacıklar tarafından aşılabilir ve bu olgu Çerenkov ışığı olarak adlandırılır. Ancak, saniyede 225.000 kilometre, ışığın şimdiye kadar ulaştığı en düşük hızdan oldukça uzaktır.
1998 yılında bilim insanları, ışığı inanılmaz bir şekilde saniyede sadece 17 metreye kadar yavaşlatmayı başardılar. Bu deneyin amacı aslında ışığı yavaşlatmak değildi; ekip, Albert Einstein’ın teorik fizikçi Satyendra Nath Bose’nin çalışmalarına dayanan bir madde hali olan Bose-Einstein Yoğunlaşmasını (BEC) incelemek istiyordu. Bozonlardan oluşan bir gaz, mutlak sıfıra yaklaşan sıcaklıklara soğutulduğunda, genellikle tek bir atom gibi davranan tek bir kuantum cismi oluşturur. Bir makalede, “Bir BEC’nin dalga fonksiyonu, makroskobik bir kuantum nesnesinin temel durumuna karşılık gelir” şeklinde açıklanmaktadır. Bu açıklama, şöyle devam eder: “Başka bir deyişle, bir BEC’deki atom topluluğu tek bir kuantum varlığı gibi davranır.”
Gerçek dünyada ilk kez 1995 yılında yaratılan bu olağanüstü madde, kuantum davranışına makroskobik bir bakış açısı sunmaktadır. Bu madde, sıfır viskozite gibi birçok ilginç özelliğe sahip olduğundan, detaylı bir şekilde incelenmeye devam edilmektedir. 1998 yılında Rowland Bilim Enstitüsü’nden bilim insanları, vakum odasında sodyum atomlarını aşırı soğutarak bir BEC oluşturmayı başardılar. Öncelikle sodyuma lazer ışınları ateşlediler ve fotonları emerken parçacıkları yavaşlattılar. Daha sonra bu yavaşlayan parçacıklar, atomların geldikleri yöne doğru geri itildiği başka bir lazer dizisine yerleştirildi ve güçlü bir manyetik alan tarafından yerinde tutulan atom bulutu daha da yavaşlatılarak soğutuldu.
Ekip, bu yavaşlama ve bir yoğunlaşma bulutunun oluşmasının ardından, kuantum girişimini ayarlamak için genişliği boyunca bir lazere maruz bırakırken, uzunluğu boyunca ikinci bir lazer ateşledi. Bu koşullar altında, ışık önemli ölçüde yavaşlatıldı. Ekip, deneyleri hakkında “Başlangıçta neredeyse saf bir Bose-Einstein yoğuşması olarak hazırlanan bir atom bulutunda (yoğuşma oranı ⩾%90) darbe yayılımı için 17 [metre/saniye] ışık hızı elde ettik” şeklinde yazdı ve devam etti: “Bulutun darbe yayılımı sırasında ve sonrasında bir yoğuşma olarak kalıp kalmayacağı bu Mektubun kapsamı dışında kalan bir konudur.”
Ekip, tatmin edici olsa da daha iyisini yapabileceklerini fark etti. Hau Lab web sitesinde ekip, “Kısa bir süre sonra, BEC için geçiş sıcaklığının hemen üzerindeki bir sıcaklığa soğutulmuş bir atom bulutunda bir ışık darbesini tamamen durdurmayı başardık” diye belirtiyor ve ekliyor: “Işık darbesi yavaşlatıldığında, sıkıştırıldığında ve atomik numune içinde tutulduğunda, kontrol lazer alanını aniden kapatıyoruz ve daha sonra tekrar açıyoruz. Kontrol lazeri tekrar açıldığında, ışık darbesi yeniden üretiliyor: Işık darbesini durdurabilir ve kontrol edilebilir şekilde yeniden üretebiliriz.” Bu çarpıcı buluş, makale olarak Nature dergisinde yayınlandı.
