Fizicienii au găsit un mod complet nou de măsurare a timpului

Stabilirea trecerii timpului în lumea noastră a ceasurilor care ticăie și a pendulurilor oscilante este un simplu caz de numărare a secundelor dintre „atunci” și „acum”.

Cu toate acestea, la scara cuantică a electronilor, „atunci” nu poate fi întotdeauna anticipat. În plus, și „acum” se află adesea într-o neclaritate. Un cronometru pur și simplu nu va funcționa pentru unele scenarii.

• Câte minute de somn pierdem din cauza substanțelor toxice din plastic?
• Somnul ajută creierul să se pregătească pentru viitor. Iată cum

Conform unui studiu realizat în 2022 de cercetătorii de la Universitatea Uppsala din Suedia, o potențială soluție ar putea fi găsită în însăși forma ceții cuantice.

Experimentele lor privind natura ondulatorie a unui fenomen numit stare Rydberg au dezvăluit o modalitate nouă de măsurare a timpului, care nu necesită un punct de plecare precis.

Atomii Rydberg sunt baloanele supraumflate ale regnului particulelor. Umflați cu lasere în loc de aer, acești atomi conțin electroni în stări energetice extrem de înalte, care orbitează departe de nucleu.

Desigur, nu orice pompare a unui laser trebuie să umfle un atom până la proporții caricaturale. De fapt, laserele sunt utilizate în mod obișnuit pentru a aduce electronii în stări de energie mai ridicate pentru o varietate de utilizări.

Un simplu caz de numărare a secundelor

În unele aplicații, un al doilea laser poate fi utilizat pentru a monitoriza schimbările în poziția electronului, inclusiv trecerea timpului. Aceste tehnici de „pompare-sondare” pot fi utilizate, de exemplu, pentru a măsura viteza anumitor dispozitive electronice ultrarapide, scrie ScienceAlert.

Inducerea atomilor în starea Rydberg este un truc la îndemână pentru ingineri, nu în ultimul rând atunci când vine vorba de proiectarea de noi componente pentru calculatoarele cuantice. Nu mai este nevoie să spunem că fizicienii au acumulat o cantitate semnificativă de informații despre modul în care se mișcă electronii atunci când sunt aduși într-o stare Rydberg.

Regulamentul matematic care stă la baza acestui joc nebunesc de ruletă cu electroni Rydberg este denumit pachet de unde Rydberg.

La fel ca undele reale, existența mai multor pachete de unde Rydberg într-un spațiu creează interferențe, rezultând modele unice de unde.

Fizicienii din spatele acestui set de experimente și-au propus să testeze aceste „amprente” ale timpului, demonstrând că sunt suficient de coerente și de fiabile pentru a servi ca o formă de marcare cuantică a timpului.

O potențială soluție

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 fizicianul Marta Berholts de la Universitatea Uppsala din Suedia, care a condus echipa, pentru New Scientist în 2022.

Un ghid al pachetelor de unde Rydberg în evoluție ar putea fi utilizat în combinație cu alte forme de spectroscopie pompă-sondă care măsoară evenimente la scară mică, atunci când acum și atunci sunt mai puțin clare sau pur și simplu prea incomod de măsurat.

Este important de reținut că niciuna dintre amprente nu necesită un atunci și un acum care să servească drept punct de plecare și de oprire în timp.

Prin căutarea semnăturii stărilor Rydberg care interferează în mijlocul unui eșantion de atomi cu pompă sondă, tehnicienii ar putea observa o marcă temporală pentru evenimente la fel de efemere ca doar 1,7 trilionimi de secundă.

Viitoarele experimente de ceasuri cuantice ar putea înlocui heliul cu alți atomi sau chiar ar putea utiliza impulsuri laser de energii diferite, pentru a extinde ghidul de cronometre pentru a se potrivi unei game mai largi de condiții.

Această cercetare a fost publicată în Physical Review Research.

Vă recomandăm să mai citiți și:

„Stocarea cuantică” este mai aproape de realitate după ce oamenii de știință au rezolvat o problemă veche de 10 ani

Timpul ar putea fi doar o iluzie creată de fizica cuantică

O formă rară de materie cuantică a fost creată, în premieră, cu ajutorul moleculelor

O descoperire cuantică ar putea încărca bateriile într-o clipită