Măsurarea timpului s-ar putea face într-un mod cu totul nou, spun cercetătorii

Măsurarea timpului se face, în mod obișnuit, folosind ceasuri; acestea pur și simplu numără secundele dintre „atunci” și „acum”.

Însă la scara cuantică a electronilor, „atunci” nu poate fi întotdeauna anticipat. Mai rău, „acum” se estompează adesea într-o ceață de incertitudine. Măsurarea timpului cu un cronometru ar fi de-a dreptul inutilă în astfel de scenarii.

• Astronomii au descoperit o structură bizară care emite căldură sub suprafața Lunii
• De ce creierul preferă să țină minte gândurile și experiențele negative?

O soluție potențială ar putea fi găsită în însăși forma ceții cuantice, potrivit cercetătorilor de la Universitatea Uppsala, din Suedia.

Măsurarea timpului cuantic

Experimentele lor cu privire la natura ondulatorie a ceva numit stare Rydberg au dezvăluit o nouă modalitate de a măsura timpul, care nu necesită un punct de plecare precis, notează Science Alert.

Atomii Rydberg sunt baloanele supraumflate ale regnului particulelor. Umflați cu laser în loc de aer, acești atomi conțin electroni în stări de energie extrem de ridicată, orbitând departe de nucleu. Laserele sunt folosite în mod obișnuit pentru a face ca electronii să treacă în stări mai înalte de energie pentru o varietate de utilizări.

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

Stările Rydberg

Inducerea atomilor în stările Rydberg este un truc la îndemână pentru ingineri, mai ales atunci când vine vorba de proiectarea unor componente noi pentru calculatoarele cuantice. Inutil să spunem că fizicienii au adunat o cantitate semnificativă de informații despre modul în care electronii se mișcă atunci când sunt împinși într-o stare Rydberg.

Fiind „animale” cuantice, totuși, mișcările lor sunt mai puțin asemănătoare cu niște mărgele care alunecă pe un abac minuscul și mai asemănătoare cu jocul de ruletă, unde toate rostogolirile și săriturile bilei sunt cuprinse într-un singur joc de noroc.

Cartea de reguli matematice din spatele acestui joc al ruletei cu electroni Rydberg este denumit pachet de unde Rydberg.

La fel ca undele reale dintr-un iaz, mai mult de un pachet de unde Rydberg care se ondulează într-un spațiu creează interferențe, rezultând modele unice de ondulații. Aruncați suficiente pachete de unde Rydberg în același iaz atomic, iar acele modele unice vor reprezenta fiecare timpul distinct necesar pentru ca pachetele de undă să evolueze unul în celălalt.

Cum se va face măsurarea timpului la aceste scări minuscule?

Aceste „amprente digitale” ale timpului sunt cele pe care fizicienii din spatele acestui ultim set de experimente și-au propus să le testeze, arătând că sunt suficient de consistente și de fiabile pentru a servi pentru măsurarea timpului cuantic.

Cercetările au implicat măsurarea rezultatelor atomilor de heliu excitați cu laser și potrivirea constatărilor cu previziunile teoretice pentru a arăta modul în care ar putea arăta rezultatele semnăturii lor într-o perioadă de timp.

„Dacă numeri, trebuie să definești un zero. Trebuie să începi să numeri de undeva”, a explicat Marta Berholts, de la Universitatea din Uppsala.

„Beneficiul acestei noi metode este că nu trebuie să pornești cronometrul, doar te uiți la structura de interferență și spui ‘ok, au trecut 4 nanosecunde’”, a continuat ea.

Ceasul cuantic

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

Important este că niciuna dintre „amprente” nu necesită un „atunci” și un „acum” pentru a servi drept punct de plecare și de oprire pentru timp. Este ca și cum ai măsura cursa unui sprinter necunoscut comparându-l cu un număr de concurenți care rulează la viteze deja stabilite.

Căutând semnătura stărilor Rydberg care interferează în mijlocul unui eșantion de atomi sondă-pompă, tehnicienii ar putea observa un semn al trecerii timpului pentru evenimente de până la 1,7 trilioane de părți dintr-o secundă.

Viitoarele experimente de ceas cuantic ar putea înlocui heliul cu alți atomi sau chiar ar putea folosi pulsul laser de diferite energii, pentru a extinde ghidul de marcaje temporale pentru a se potrivi unei game mai largi de condiții.

Această cercetare a fost publicată în Physical Review Research.

Vă recomandăm să citiți și:

Un mister-cheie al chimiei fizice ar putea fi rezolvat după 200 de ani

Ondulații bizare au fost detectate la marginea Sistemului Solar

Galaxia noastră s-ar putea evapora pe măsură ce stelele dispar din Calea Lactee

Premiul Nobel pentru Fizică 2022, acordat lui Alain Aspect, John F. Clauser și Anton Zeilinger