Kuantum Aldatmacası Suyu Şaraba Dönüştürmeye Çalışıyor
Etkisi yalnızca birkaç pikosaniye sürüyor, ancak malzemelerin optik özelliklerini manipüle etmenin bir yolunu gösteriyor.
1828 yılında İskenderiye’deki İsveç başkonsolos yardımcısı tarafından (nasıl elde edildiğini sormayın) edinilen Stockholm papirüsü, antik çağdaki simya sanatlarına dair en zengin bilgi kaynaklarından biridir. Yaklaşık M.S. 300 civarında yazıldığı düşünülen bu el yazması; boya yapımı, değerli taşların, incilerin ve metallerin hazırlanmasına dair tarifler içerir. Papirüs, bazı simya dönüşümlerinin aslında aldatmaya dayalı olduğuna dair ilk sezgiyi verir. Örneğin, bir tarif bakır nesnelere “altın görünümü kazandırmanın” yolunu anlatır.
Hile, nesnenin altın tozu ve kurşun karışımıyla kaplanmasını içerir – bir tür kaba altın kaplama. Talimatlar, bu işlemin “tespit edilmesinin zor olduğunu, çünkü ovulduğunda altın bir nesnenin izi bırakıldığını ve ısının kurşunu yok ettiğini ama altını etkilemediğini” okuyucuya garanti eder.
Simyanın uzun tarihi boyunca (bu Eylül ayında yayımlanan resimli kitabım Alchemy‘de ele alındığı üzere), değersiz metalleri gerçekten altına dönüştürme girişimleri ile yalnızca altının görünümünü taklit etme teknikleri arasında bir gerilim vardı – ve bu iki hedef arasındaki ayrım, uygulayıcılar için bile her zaman net değildi.
Artık, maddenin kuantum durumlarını manipüle etmek için ışık kullanarak simyasal bir aldatmaca gerçekleştirmenin yeni bir yolu var. İngiltere’deki Loughborough Üniversitesi’nden Gerard McCaul, ABD’deki Tulane Üniversitesi’nden Denys Bondar ve meslektaşları, bu prensipleri beş yıl önce özetlediler ve şimdi Almanya’daki Max Born Doğrusal Olmayan Optik Enstitüsü’nden Thomas Elsaesser ve çalışma arkadaşlarıyla iş birliği içinde bu yöntemi deneysel olarak gösterdiler. (1) (2)
Kurşunun optik özelliklerini öyle bir şekilde manipüle edebildiğinizi varsayalım ki, yansıttığı ışık, kıymetli metale özgü kırmızı-sarı parıltıyı veren, 500 nm üzerindeki dalga boylarında keskin bir düşüş gösteren altın yansıma spektrumunu tam olarak taklit etsin. McCaul ve meslektaşları, bu tür bir şeyin, örneğin bir numunenin lazer ışınlamasıyla kuantum durumlarının değiştirilmesi yoluyla, yansıma spektrumu gibi gözlemlenebilir özelliklerin önceden belirlenmiş bir hedefe yönlendirilmesi sayesinde mümkün olduğunu açıklıyor. Araştırmacılar, “belirli bir sistemin tepkisinin tamamen farklı bir malzemeninkini taklit edecek şekilde şekillendirilebileceği ‘güdümlü sahteler’ (driven imposters) yaratmanın mümkün olduğunu” söylüyor. Elektron bulutlarını yeniden şekillendirerek, herhangi bir şeyi başka bir şeye benzetebilirsiniz.
Bu teknik, prensipte kurşunun altın gibi görünmesini sağlayabilir. Pratikte ise bu oldukça zordur; özellikle de kontrol alanının, sistemin tepkisini geniş bir frekans aralığında manipüle edebilmesi gerektiği için. Bu yüzden, ekibin bu yöntemi gerçek bir malzeme sistemi üzerinde gösterebilmesi beş yıl sürdü. Altını hedeflemek yerine, kültürel açıdan aynı derecede yankı uyandıran bir dönüşüm gerçekleştirmeyi tercih ettiler: suyu şaraba dönüştürmek.
Daha spesifik olarak, McCaul ve meslektaşları, terahertz frekans aralığında suya alkol – etanol değil, izopropil alkol (IPA) – görünümü kazandırmayı başardılar. Eğer sıvının bileşimini THz spektrumuna bakarak yargılayacak olsaydınız, onun IPA olduğunu düşünürdünüz. Bununla da yetinmeyip, ekip suya antifriz – etilen glikol – görünümü de verdi.
Bu frekans bölgesinde, spektrum; polar moleküllerin kolektif titreşimleri (fononlar) ile çözünmüş elektronların etkileşimlerinden kaynaklanan, “polaron” adı verilen kolektif, çok cisimli kuasi parçacık uyarımları tarafından domine edilir. Amaç, kontrol alanını kullanarak su polaronlarını IPA’nınkine benzeyen hallere dönüştürmekti: araştırmacıların “polar impostoronlar” adını verdikleri şeyi yaratmak.
Anahtar nokta, Bondar’ın “çevresini sıvı moleküllerinin sardığı elektronlar” olarak tanımladığı çözünmüş elektronları femtosaniye lazer darbeleriyle ayarlamaktır – ki bu çevreleme belki de binlerce molekülden oluşmaktadır. Sadece çözünmüş elektronların yoğunluğunu değiştirerek, su için yaklaşık 0,7 THz’deki polaron rezonansının frekansı ve çizgi şekli, IPA ve etilen glikolunkilere çok benzer hale getirilebilir.
Spektrumlar nihayetinde sıvıların dielektrik fonksiyonuna – yani salınım yapan elektrik alanlara nasıl tepki verdiklerine – bağlıdır ve bu fonksiyonun hem gerçek hem de hayali bir bileşeni vardır. Bu aşamada araştırmacılar yalnızca fonksiyonun gerçek kısmını kontrol edebilmektedir, bu nedenle taklit sadece kısmi olmakta ve yalnızca birkaç pikosaniye sürmektedir. Bondar, “Şarap aboneliğinizi henüz iptal etmeyin!” tavsiyesinde bulunuyor.
Yine de deney, kuantum sahtekarlarının (quantum impostors) yapılabilirliğine dair bir prensip kanıtı sunuyor. Peki bunu neden yapmak isteyesiniz? Gerçekte herhangi bir hile için değil. Ama bir malzemeye optik yolla belirli özellikler kazandırabildiğinizi düşünün – örneğin onu iletken, saydam ya da süper iletken bir duruma geçirmek gibi. (3,4) Elsaesser’in ekibi, polar impostoronları kullanarak sıradan bir sıvıyı geçici olarak “epsilon-sıfıra yakın” (epsilon-near-zero) adı verilen egzotik bir faza dönüştürebildiklerini zaten göstermiştir; bu fazda, ışığın faz hızı sonsuza yaklaşır. (5) Bu modern simya için olanaklar yalnızca hayal gücümüzle sınırlıdır.
Referanslar
1) G McCaul et al, Phys. Rev. Lett., 2020, 124, 183201 (DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.183201)
2) G McCaul et al, Phys. Rev. A, 2025, 112, L011101 (DOI: 10.1103/qbqx-zcsx)
3) A Cavalleri, Contemp. Phys., 2017, 59, 31(DOI: 10.1080/00107514.2017.1406623)
4) O. Povitchan et al, arXiv, 2025, 2503.20426 (DOI: 10.48550/arXiv.2503.20426)
5) M. Runge at al., Phys. Rev. Lett., 2025, 134, 056901 (DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.056901)