IŞIK IŞIKTAN SEKEBİLİR Mİ?
İki el fenerini ışınları kesişecek şekilde tutun: her ışın, öteki orada değilmiş gibi yoluna devam eder. Optiğin kalbinde yer alan süperpozisyon ilkesi budur. Elektromanyetizma denklemleri doğrusal olduğu için geçerlidir ve gündelik deneyimle örtüşür.
Euler, Heisenberg ve Kockel’in 1930’lardaki çalışmalarından bu yana fizikçiler, bu ilkenin tam olarak kesin olmadığını biliyor. Kuantum fiziği vakumu gelip geçici dalgalanmalarla doldurur — kuantum elektrodinamiğinde sanal elektron ve pozitron çiftleriyle. Onlar aracılığıyla ışık ışığı hissedebilir. Bundan iki sonuç çıkar: bir demetin bir başkasının fotonlarını saptırdığı ışık-ışık saçılması ve vakumun, güçlü bir alandan geçen ışığın kutuplanmasını değiştirdiği vakum çift kırılımı (vacuum birefringence). Fotonların bir elektronun kütlesinden çok daha az enerji taşıdığı düşük enerjide ikisi de henüz deneysel olarak doğrulanmadı.
Yoğun bir lazere karşı X ışınları
BIREF@HIBEF iş birliği — aralarında Jena Helmholtz Enstitüsü ve Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf ekiplerinin de bulunduğu yaklaşık 80 araştırmacı — çarpışmayı Almanya’nın Schenefeld kentindeki Avrupa X Işını Serbest Elektron Lazeri’nde kurdu:
- pompa: ReLaX lazeri; 4 joule taşıyan 23 femtosaniyelik yakın kızılötesi atımlar, yaklaşık 1,1’e 1,4 mikrometrelik bir noktaya odaklanarak santimetrekare başına 7,7 × 10²¹ watt değerine ulaşıyor;
- sonda: her birinde yaklaşık 100 milyar foton bulunan ve pompaya kafa kafaya ateşlenen 8,766 keV’lik X ışını atımları.
Pompanın yoğun alanı vakumu hafifçe kutuplamalı ve birkaç X ışını fotonu, kutuplanması ters dönmüş olarak çıkmalı. İdeal koşullarda bile bu, yaklaşık 10¹³ fotonda bir — ve bu fotonlar diğer 100 milyar fotonla aynı yönde yol alıyor.
Karanlık alan düzeneği: bir tel X ışını demetinde gölge oluşturur, çarpışmada doğan kuantum vakumu sinyali açıklıktan geçer ve bir demet bölücü onun iki kutuplanmasını birbirinden ayırır. — Şekil 1, Matheron, Šmíd ve ark. (2026), arXiv:2611.04531.
Demeti bir gölgede saklamak
İşin püf noktası bir karanlık alan (dark field). 250 mikrometre kalınlığında cilalı bir tungsten tel, X ışını demeti odaklanmadan önce yoluna yerleştirilir. Tel bir gölge düşürür. Odakta gölge kaybolur; odaktan sonra yeniden belirir — ama çarpışmanın ürettiği sinyal bu gölgenin içine yayılır. Ardından 40 mikrometrelik bir açıklık ana demeti engeller ve gölgelenmiş bölgeyi geçirir; bir germanyum kristali de iki kutuplanmayı foton sayan iki dedektöre ayırır. Ana demetin yalnızca yaklaşık trilyonda 4 X ışını fotonu ters kutuplanma kanalına sızdı.
Pompa 0,5 hertz’de, sonda ise 10 hertz’de atış yapıyor; böylece her çarpışmaya pompasız 19 referans atışı eşlik ediyor. 2.751 çarpışma ve 52.441 referans atışı boyunca ters kanal, pompa varken atış başına 0,4649 foton, pompa yokken 0,4636 foton saydı: fark yok. Arka plan çıkarıldıktan sonra fazlalık atış başına −0,0024 fotondu; bu da sıfırla uyumlu.
On milyar kat daha anlamlı bir sessizlik
Sessizliğin ne anlama geldiğini bilmek için ekip, her atışın ölçülen hizalama kaymasını da hesaba katarak tüm deneyi demet demet, mercek mercek simüle etti. Kuantum elektrodinamiği, tüm kampanya boyunca ters kanalda toplam yalnızca 0,0008 foton öngörüyor: bu ölçüm dizisinin saptayabileceğinin çok altında.
Sonuç bir üst sınır. %95 güvenle, 116 elektronvoltluk bir çarpışma enerjisinde ışık-ışık saçılması, kuantum elektrodinamiğinin öngördüğü değerin en fazla 70.000 katı. 2.751 çarpışma boyunca 56’dan fazla fotonluk bir sinyal göze çarpardı. Düşük enerjideki önceki deneyler ise ancak yaklaşık on milyar kat daha zayıf sınırlara ulaşabilmişti.
Işık-ışık saçılmasına ilişkin üst sınırlar, kuantum öngörüsüne göre (1’deki kesikli kırmızı çizgi): 70.000 ile bu deney, düşük enerjideki önceki deneylere karşı. — Şekil 4, Matheron, Šmíd ve ark. (2026), arXiv:2611.04531.
Aradaki farkı kapatmak
Yazarlara göre 70.000’lik fark erişilmez değil. ReLaX’i yayımlanmış değerleri olan 8 joule ve 1 hertz’de çalıştırmak aynı sürede 8 kat daha fazla sinyal verir; mevcut tesisin kısıtlarından kurtulmuş bir karanlık alan geometrisi arka plan bastırmasını binden fazla kat iyileştirir; daha hızlı dedektörler de on kat ya da daha fazlasını kazandırır. Bu iyileştirmeler birlikte, ışığın ışıktan saçılmasının laboratuvarda ilk doğrudan gözlemini mümkün kılmalı — ve ardından kuantum elektrodinamiğinin vakumun tepkisine atfettiği iki sayıyı, a ve b’yi ölçmeyi.