Evrendeki en hızlı şeyi bisikletle geçecek kadar yavaşlattılar

Işığın vakumdaki hızı, evrenin mutlak hız sınırı olarak kabul edilir. Einstein’ın çalışmalarına göre, hiçbir şey saniyede 299.792 kilometreden daha hızlı gidemez ve bu sınırı aşmak için sonsuz miktarda enerji gerekir.

Ancak doğru koşullar altında ışıktan daha hızlı olmak mümkün. Örneğin, suda ışık saniyede 225.000 kilometreye kadar yavaşlar. Bu hala oldukça hızlı olsa da, nükleer reaktörlerde olduğu gibi başka parçacıklar tarafından aşılabilir ve orta çıkan olgu Çerenkov ışığı olarak adlandırılır.

Ancak saniyede 225.000 kilometre, ışığın şimdiye kadar kat ettiği en yavaş hızdan çok uzaktır. 1998’de bilim insanları bunu inanılmaz bir şekilde saniyede sadece 17 metreye veya saatte 61,2 kilometreye kadar yavaşlatmayı başardılar. Aslında bu deneyin amacı ışığı yavaşlatmak değildi. Ekip, ilk kez Albert Einstein tarafından teorik fizikçi Satyendra Nath Bose’nin çalışmalarına dayanarak hipotez olarak önerilen 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 oluştururlar.

Bir makalede “bir BEC’nin dalga fonksiyonu, makroskobik bir kuantum nesnesinin temel durumuna karşılık gelir” diye açıklanıyor. Açıklama şöyle devam ediyor: “Başka bir deyişle, bir BEC’deki atom topluluğu tek bir kuantum varlığı gibi davranır.”

Gerçek dünyada ilk kez 1995’te yaratılan bu garip yeni madde, kuantum davranışına makroskobik bir bakış sunuyor. Bu madde, sıfır viskozite de dahil olmak üzere pek çok ilginç özelliğe sahip ve bu yüzden detaylı bir şekilde inceleniyorlar.

1998’de Rowland Bilim Enstitüsü bilim insanları, vakum odasında sodyum atomlarını aşırı soğutarak bir BEC yarattılar. Önce sodyuma lazer ışınları ateşlediler ve fotonları emerken parçacıkları yavaşlattılar. Daha sonra bu yavaşlayan parçacıklar, atomların geldikleri yöne doğru geri itildiği başka bir lazer dizisine konuldular ve güçlü bir manyetik alan tarafından yerinde tutulan atom bulutu daha da yavaşlatıldı ve soğutuldu. Ekip, bu yavaşlamanın ve bir yoğunlaşma bulutunun oluşmasının ardından, kuantum girişimini ayarlamak için genişliği boyunca bir lazere maruz bırakırken, uzunluğu boyunca ikinci bir lazer ateşlendi. 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” diye 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” diyor 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.”

Makale Nature dergisinde yayınlandı.