Yaklaşık 60 yıl önce, Nobel ödüllü fizikçi Nikolaas Bloombergen, nükleer elektrik rezonansı adı verilen yeni bir fenomeni öngördü. Ancak şimdiye kadar hiç kimse bunu eylem halinde gösteremedi.
Avustralya'daki Yeni Güney Galler Üniversitesi'ndeki (UNSW) bir laboratuvarda hatalı ekipman sayesinde yanlışlıkla nükleer elektrik rezonansının gerçek kanıtı keşfedildi. Atılım, bilim insanlarına çekirdekler üzerinde yeni bir kontrol düzeyi sağlar ve kuantum bilgisayarların gelişimini önemli ölçüde hızlandırabilir.
Bu fenomenin merkezinde, atomların dönüşünü manyetik alanlardan ziyade elektrikle kontrol etme fikri yatıyor. Bu, çeşitli bilim alanlarını etkileyebilecek çekirdeklerin daha hassas kontrolü anlamına gelir.
UNSW'den kuantum fizikçisi Andrea Morello, “Bu keşif, artık herhangi bir titreşimli manyetik alana ihtiyaç duymadan monatomik dönüşler kullanarak kuantum bilgisayarlar inşa etme yeteneğine sahip olduğumuz anlamına geliyor” diyor.
Ayrıca, bu çekirdekleri elektrik ve manyetik alanlar için son derece hassas sensörler olarak veya kuantum bilimindeki temel soruları yanıtlamak için kullanabiliriz. ”
Bazı durumlarda, nükleer elektrik rezonans, günümüzde çeşitli amaçlar için yaygın olarak kullanılan nükleer manyetik rezonansın yerini alabilir: insan bedenlerini, kimyasal elementleri, kaya oluşumlarını ve daha fazlasını taramak için.
Manyetik alanla ilgili sorun, yüksek akımlar, büyük bobinler ve hatırı sayılır alan gerektirmesidir.
Tek tek atom çekirdeklerini (belki kuantum hesaplama veya çok küçük sensörler için) izlemek istiyorsanız, o zaman nükleer manyetik rezonans çalışmak için çok iyi bir araç değildir.
Morello, “Manyetik rezonans gerçekleştirmek, belirli bir topu tüm masayı kaldırıp sallayarak bilardo masasına taşımaya benzer,” diyor. “Hedef topu hareket ettireceğiz, ancak diğerlerini de hareket ettireceğiz.”
“Elektrik rezonans çalışmasına ara vermek, topa tam olarak istediğiniz yere vurması için gerçek bir bilardo sopası vermek gibidir.”
UNSW araştırmacıları, 1961'de Bloombergen'in ortaya koyduğu sorunu nükleer manyetik rezonans deneyi sırasında çözdüler ve hepsi kırık bir antenle ilgiliydi. Bazı beklenmedik sonuçlardan sonra, araştırmacılar ekipmanlarının arızalı olduğunu fark ettiler ve nükleer elektrik rezonansı gösterdiler.
Daha sonraki bilgisayar simülasyonları ile ekip, elektrik alanlarının çekirdeği temel düzeyde etkileyebileceğini, çekirdeğin etrafındaki atomik bağları bozarak yeniden yönlendirmesine neden olabileceğini gösterdi.
Bilim adamları artık nükleer elektrik rezonansının nasıl çalıştığını bildiklerine göre, onu kullanmanın yeni yollarını keşfedebilirler. Dahası, bunu, tesadüfen yapılan, giderek artan önemli bilimsel keşifler listesine ekleyebiliriz.
Morello, “Bu olağanüstü sonuç, keşifler için bir hazine oluşturacak” diyor. “Yarattığımız sistem, her gün deneyimlediğimiz klasik dünyanın kuantum aleminden nasıl çıktığını inceleyecek kadar karmaşık.”
Dahası, kuantum karmaşıklığını, elektromanyetik alanlar için önemli ölçüde geliştirilmiş hassasiyete sahip sensörler oluşturmak için kullanabiliriz. Ve tüm bunlar, metal bir elektroda uygulanan küçük bir voltajla silikondan yapılmış basit bir elektronik cihazda. '
Çalışma Nature dergisinde yayınlandı.
Kaynaklar: Fotoğraf: UNSW / Tony Melov
