Parçacık Dönmüyorsa Spin Nereden Geliyor?

Parçacık Dönmüyorsa Spin Nereden Geliyor?

Bir elektrona küçük bir topaç gibi bakmak caziptir: Kendi ekseninde döner, bu dönüş ona açısal momentum kazandırır ve adına da spin denir. Ne var ki kuantum fiziği, sezgilerimizi tam bu noktada nazikçe ama kararlı biçimde kapının dışına bırakır. Elektronun spini, gündelik anlamda kendi etrafında dönmesi değildir. Elektron noktasal kabul edilir; yani klasik anlamda üzerinde dönecek bir yüzeyi, çapı ya da katı cismi yoktur. Buna rağmen spin denen, ölçülebilir ve son derece gerçek sonuçlar doğuran bir içsel açısal momentuma sahiptir.

Spin: Dönüşün mecazı, ölçümün gerçeği

Spin kelimesi tarihsel olarak “dönme” çağrışımı taşır, fakat bu ad bizi yanıltmamalıdır. Spin, parçacığın uzaydaki hareketinden kaynaklanan bir özellik değildir; parçacığın kütlesi ve elektrik yükü gibi temel kuantum niteliklerinden biridir. Elektronun spin değeri 1/2’dir. Bu, elektronun yarım tur döndüğü anlamına gelmez. Daha teknik olarak, elektronun açısal momentumunun kuantum mekaniksel temsilinin spin-1/2 türünde olduğu anlamına gelir.

Kuantum Dolanıklık

Yerel olmamanın tam merkezinde, etkileşime giren parçacıkların birbirlerini sarmak ya da “dolanmak” yönündeki eğilimi yer almaktadır. Böylece birinin özellikleri sonsuza dek diğerinin özelliklerine bağlı olur. Duruma elektron çiftleri açısından yaklaştığımızda, birbirlerine bağlı olan, elektronların spinleridir. En somut anlamıyla, birbirlerine dolanık parçacıklar artık ayrı varoluşlar olmaktan çıkarlar. Tıpkı aşık bir çift gibi, göbek bağıyla birbirlerine bağlı garip bir mevcudiyete geçerler. Ne denli birbirlerinden uzağa itilirlerse itilsinler, sonsuza dek birbirlerine bağlıdırlar.

Dolanıklığın en tuhaf tezahürü, hiç kuşku yok ki, yerel olmamaktır. Aslına bakılacak olursa, yerel olmamayı pratik bir kullanıma dönüştürebiliyor olsaydık, anında iletişim sistemleri oluşturabilir; bu sistemlerle, dünyanın diğer ucunu hiçbir gecikme olmaksızın telefonla arayabilirdik. Hatta salise kaybı yaşamadan evrenin diğer ucunu bile arayabilirdik! İnsanın keyfini kaçıran ışık hızı engelini de artık dert etmek zorunda kalmazdık.

Kuantum Uzaktan Etki

Spin, yalnızca mikroskobik dünyada görülen bir durum. Spin durumundaki parçacıklar, küçük topaçlar gibi sanki kendi etraflarında dönüyorlarmış gibi davranırlar. Tek fark, aslında bunu yapmıyor oluşları. Yani kendi etraflarında dönmüyorlar! Bir kez daha, mikroskobik dünyanın idrak edilemez temeline iniyoruz. Parçacıkların spini, içsel öngörülemezlikleri gibi, gündelik dünyamızda doğrudan örneğini veremeyeceğimiz bir durum. Mikroskobik parçacıklar farklı miktarlarda spine sahip olabilir. Var olan en düşük spine sahip parçacık elektrondur; bu da onun iki farklı yönde dönebilmesini sağlar. Bu dönüş ya saat yönünde ya da saat yönünün tersinde olabilir (aslında hiç dönmüyor olsa da!).

Eğer ki biri saat yönünde, diğeri ise saat yönünün tersine bir spinle, iki elektron birlikte yaratılırsa, elektronların spini birbirini götürür. Fizikçiler bu durumda toplam spinin sıfır olduğunu söyleyecektir. Elbette tam tersi de geçerlidir. İlk elektron saat yönünün tersine, ikincisi ise saat yönünde bir spine sahip olsaydı da, toplam spin yine sıfır olurdu.