Oamenii de știință au descoperit un mod complet nou de măsurare a timpului
Marcarea trecerii timpului într-o lume a ceasurilor care ticăie și a pendulelor care se balansează este un caz simplu de numărare a secundelor dintre „atunci” și „acum”.
Cu toate acestea, la scara cuantică a electronilor care zbârnâie, „atunci” nu poate fi întotdeauna anticipat. Mai rău, „acum” se estompează adesea într-o ceață de incertitudine. Un cronometru pur și simplu nu va fi suficient pentru anumite scenarii.
O potențială soluție ar putea fi găsită în însăși forma ceții cuantice, potrivit cercetătorilor de la Universitatea Uppsala din Suedia.
Experimentele lor privind natura ondulatorie a unei stări numite Rydberg au dezvăluit o modalitate nouă de măsurare a timpului, care nu necesită un punct de plecare precis.
Atomii Rydberg sunt baloanele prea umflate ale regnului particulelor. Umflați cu lasere în loc de aer, acești atomi conțin electroni în stări de energie extrem de ridicată, care orbitează departe de nucleu.
Desigur, nu este nevoie ca fiecare pompare a unui laser să umfle un atom până la proporții de desen animat. De fapt, laserele sunt utilizate în mod obișnuit pentru a gâdila electronii în stări de energie mai ridicată pentru o varietate de utilizări. În unele aplicații, un al doilea laser poate fi utilizat pentru a monitoriza modificările poziției electronului, inclusiv trecerea timpului. Aceste tehnici de tip „pompă-sondă” pot fi utilizate, de exemplu, pentru a măsura viteza anumitor dispozitive electronice ultrarapide, spun cercetătorii.
Inducerea atomilor în stări Rydberg este un truc util pentru ingineri, nu în ultimul rând atunci când vine vorba de proiectarea unor componente noi pentru computerele cuantice. Inutil să mai spunem că fizicienii au acumulat o cantitate semnificativă de informații despre modul în care electronii se mișcă atunci când sunt împinși într-o stare Rydberg.
Totuși, fiind vorba de animale cuantice, mișcările lor nu seamănă atât de mult cu niște mărgele care alunecă pe un abac minuscul, ci mai degrabă cu o seară la masa de ruletă, unde fiecare rostogolire și salt al bilei este comprimat într-un singur joc de noroc.
Regula matematică care stă la baza acestui joc sălbatic de ruletă cu electroni Rydberg se numește pachet de unde Rydberg. La fel ca valurile reale dintr-un iaz, faptul că mai multe pachete de unde Rydberg se unduiesc într-un spațiu creează interferențe, rezultând modele unice de unduiri. Aruncați suficient de multe pachete de unde Rydberg în același iaz atomic, iar aceste modele unice vor reprezenta fiecare dintre ele timpul distinct de care au nevoie pachetele de unde pentru a evolua în concordanță unele cu altele.
Tocmai aceste „amprente” ale timpului au fost testate de fizicienii din spatele acestui ultim set de experimente, care au demonstrat că sunt suficient de consistente și de fiabile pentru a servi ca o formă de marcare a timpului cuantic.
Cercetarea lor a implicat măsurarea rezultatelor atomilor de heliu excitați cu laser și compararea rezultatelor lor cu predicțiile teoretice pentru a arăta cum rezultatele semnăturii lor ar putea reprezenta o durată de timp.
„Dacă folosești un contor, trebuie să definești zero. Începi să numeri la un moment dat”, a explicat pentru New Scientist fizicianul Marta Berholts de la Universitatea Uppsala din Suedia, care a condus echipa.
Un ghid al pachetelor de unde Rydberg în evoluție ar putea fi utilizat în combinație cu alte forme de spectroscopie cu sondă-pompă care măsoară evenimente la scară mică, atunci când acum și atunci sunt mai puțin clare sau pur și simplu prea puțin convenabile pentru a fi măsurate.
Este important de menționat că niciuna dintre amprente nu necesită un atunci și un acum pentru a servi drept punct de pornire și oprire a timpului. Ar fi ca și cum ai măsura cursa unui sprinter necunoscut în raport cu un număr de concurenți care aleargă la viteze stabilite.
Prin căutarea semnăturii stărilor Rydberg care interferează în mijlocul unui eșantion de atomi de sondă-pompă, tehnicienii ar putea observa o marcă temporală pentru evenimente atât de trecătoare, cât și pentru doar 1,7 trilionimi de secundă. Experimentele viitoare de ceasuri cuantice ar putea înlocui heliul cu alți atomi sau chiar să utilizeze impulsuri laser de energii diferite, pentru a extinde ghidul de cronometrare și a se adapta la o gamă mai largă de condiții.
„Avantajul este că nu trebuie să pornești ceasul – pur și simplu te uiți la structura de interferență și spui „bine, au trecut 4 nanosecunde”. Un ghid al pachetelor de unde Rydberg în evoluție ar putea fi utilizat în combinație cu alte forme de spectroscopie cu sondă-pompă care măsoară evenimente la scară mică, atunci când acum și atunci sunt mai puțin clare sau pur și simplu prea puțin convenabile pentru a fi măsurate.
Este important de menționat că niciuna dintre amprente nu necesită un atunci și un acum pentru a servi drept punct de pornire și oprire a timpului. Ar fi ca și cum ai măsura cursa unui sprinter necunoscut în raport cu un număr de concurenți care aleargă la viteze stabilite.
Prin căutarea semnăturii stărilor Rydberg care interferează în mijlocul unui eșantion de atomi de sondă-pompă, tehnicienii ar putea observa o marcă temporală pentru evenimente atât de trecătoare, cât și pentru doar 1,7 trilionimi de secundă. Experimentele viitoare de ceasuri cuantice ar putea înlocui heliul cu alți atomi sau chiar să utilizeze impulsuri laser de energii diferite, pentru a extinde ghidul de cronometrare și a se adapta la o gamă mai largă de condiții.
