Οι επιστήμονες μόλις ανακάλυψαν έναν εντελώς νέο τρόπο μέτρησης του χρόνου: το ScienceAlert

Το να σημειώνεις το πέρασμα του χρόνου σε έναν κόσμο με ρολόγια που χτυπάνε και αιωρούνται εκκρεμές είναι μια απλή περίπτωση μέτρησης των δευτερολέπτων από τότε και τώρα.

Ωστόσο, στην κβαντική κλίμακα των ηλεκτρονίων που βουίζουν, το «τότε» δεν είναι πάντα προβλέψιμο. Ακόμη χειρότερα, το «τώρα» συχνά θολώνει σε μια ομίχλη αβεβαιότητας. Το χρονόμετρο απλά δεν το κόβει για κάποια σενάρια.

Μια πιθανή λύση μπορεί να βρεθεί με τη μορφή της ίδιας της κβαντικής ομίχλης, σύμφωνα με ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Ουψάλα στη Σουηδία.

Τα πειράματά τους σχετικά με την κυματοειδή φύση κάτι που ονομάζεται κατάσταση Rydberg αποκάλυψαν έναν νέο τρόπο μέτρησης του χρόνου που δεν απαιτεί ακριβές σημείο εκκίνησης.

Τα άτομα του Rydberg είναι τα υπερφουσκωμένα μπαλόνια του βασίλειου των σωματιδίων. Ανατινάχτηκαν με λέιζερ αντί για αέρα, αυτά τα άτομα περιέχουν ηλεκτρόνια σε καταστάσεις εξαιρετικά υψηλής ενέργειας που περιφέρονται μακριά από τον πυρήνα.

Φυσικά, δεν χρειάζεται κάθε αντλία λέιζερ να φουσκώνει ένα άτομο σε καρτουνίστικες αναλογίες. Στην πραγματικότητα, τα λέιζερ χρησιμοποιούνται συνήθως για να γαργαλήσουν ηλεκτρόνια σε καταστάσεις υψηλότερης ενέργειας για ποικίλες εφαρμογές.

Σε ορισμένες εφαρμογές, ένα δεύτερο λέιζερ μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παρακολούθηση αλλαγών στη θέση των ηλεκτρονίων, συμπεριλαμβανομένου του χρόνου. Αυτές οι τεχνικές “αντλίας-ανιχνευτής” μπορούν να χρησιμοποιηθούν, για παράδειγμα, για τη μέτρηση της ταχύτητας ορισμένων υπερταχέων ηλεκτρονικών.

Η διέγερση ατόμων σε καταστάσεις Rydberg είναι ένα εύχρηστο τέχνασμα για τους μηχανικούς, ιδίως όταν πρόκειται για το σχεδιασμό νέων εξαρτημάτων για κβαντικούς υπολογιστές. Περιττό να πούμε ότι οι φυσικοί έχουν συσσωρεύσει μια σημαντική ποσότητα πληροφοριών σχετικά με τον τρόπο με τον οποίο κινούνται τα ηλεκτρόνια όταν ωθούνται σε μια κατάσταση Rydberg.

Όντας κβαντικά ζώα, ωστόσο, οι κινήσεις τους μοιάζουν λιγότερο με χάντρες που γλιστρούν σε έναν μικρό άβακα και περισσότερο σαν μια βραδιά στο τραπέζι της ρουλέτας, όπου κάθε πέταγμα και αναπήδηση της μπάλας ισοδυναμεί με ένα παιχνίδι τύχης.

Το μαθηματικό βιβλίο κανόνων πίσω από αυτό το άγριο παιχνίδι της Ηλεκτρονικής Ρουλέτας Rydberg ονομάζεται Rydberg Wave Pack.

Ακριβώς όπως τα πραγματικά κύματα σε μια λίμνη, η ύπαρξη περισσότερων από ένα πακέτων κυμάτων Rydberg στο διάστημα δημιουργεί παρεμβολές, με αποτέλεσμα μοναδικά μοτίβα κυμάτων. Ρίξτε αρκετά πακέτα κυμάτων Rydberg στην ίδια ατομική λίμνη και καθένα από αυτά τα μοναδικά μοτίβα θα αντιπροσωπεύει τον διαφορετικό χρόνο που χρειάζεται για να εξελιχθούν τα κυματικά πακέτα το ένα με το άλλο.

Αυτά τα «δακτυλικά αποτυπώματα» του χρόνου ξεκίνησαν να δοκιμάσουν οι φυσικοί πίσω από αυτό το τελευταίο σύνολο πειραμάτων, δείχνοντας ότι είναι αρκετά συνεπή και αξιόπιστα ώστε να χρησιμεύουν ως μια μορφή κβαντικής χρονικής σφραγίδας.

Η έρευνά τους περιελάμβανε τη μέτρηση των αποτελεσμάτων των διεγερμένων με λέιζερ ατόμων ηλίου και τη σύγκριση των ευρημάτων τους με θεωρητικές προβλέψεις για να δείξουν πώς μπορεί να διατηρηθούν τα χαρακτηριστικά τους αποτελέσματα με την πάροδο του χρόνου.

«Εάν χρησιμοποιείτε μετρητή, πρέπει να ορίσετε το μηδέν. Αρχίζεις να μετράς κάποια στιγμή», εξήγησε η φυσική Μάρτα Μπέρχολτς από το Πανεπιστήμιο της Ουψάλα στη Σουηδία, η οποία ηγήθηκε της ομάδας. Ένας νέος επιστήμονας.

“Το πλεονέκτημα αυτού είναι ότι δεν χρειάζεται να ξεκινήσετε το ρολόι – απλά κοιτάτε τη δομή των διαταραχών και λέτε “εντάξει, έχουν περάσει 4 νανοδευτερόλεπτα”.

Ένας οδηγός για τα εξελισσόμενα κυματικά πακέτα Rydberg μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε συνδυασμό με άλλες μορφές φασματοσκοπίας αντλίας-ανιχνευτή που μετρά συμβάντα μικρής κλίμακας που περιστασιακά είναι λιγότερο σαφή ή απλά πολύ άβολα για μέτρηση.

Είναι σημαντικό ότι κανένα από τα δακτυλικά αποτυπώματα δεν απαιτεί ένα τότε και τώρα για να χρησιμεύσει ως σημείο έναρξης και διακοπής του χρόνου. Θα ήταν σαν να μετράμε τον αγώνα ενός άγνωστου σπρίντερ ενάντια σε πολλούς ανταγωνιστές που τρέχουν με συγκεκριμένες ταχύτητες.

Αναζητώντας την υπογραφή των παρεμβαλλόμενων καταστάσεων του Rydberg μεταξύ ενός δείγματος ατόμων με ανιχνευτή αντλίας, οι τεχνικοί μπορούσαν να παρατηρήσουν μια χρονική σήμανση για γεγονότα τόσο φευγαλέα όσο μόλις 1,7 τρισεκατομμυριοστά του δευτερολέπτου.

Μελλοντικά πειράματα με κβαντικά ρολόγια θα μπορούσαν να αντικαταστήσουν το ήλιο με άλλα άτομα ή ακόμη και να χρησιμοποιήσουν έναν παλμό λέιζερ διαφορετικών ενεργειών για να επεκτείνουν το εγχειρίδιο των χρονικών σφραγίδων ώστε να ταιριάζει σε ένα ευρύτερο φάσμα συνθηκών.

Αυτή η έρευνα δημοσιεύτηκε στο Μελέτες φυσικής εξέτασης.

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *