Znanstvenici su pronašli potpuno novi način mjerenja vremena
Određivanje protoka vremena u našem svijetu otkucavanja satova i oscilirajućih njihala jednostavan je slučaj brojanja sekundi između 'tada' i 'sada'.
Međutim niže, na kvantnoj skali zujanja elektrona, 'tada' se ne može uvijek predvidjeti. Što je još gore, 'sada' se često zamagli u izmaglici neodređenosti. Štoperica jednostavno neće raditi za neke scenarije.
Potencijalno rješenje moglo bi se pronaći u samom obliku kvantne magle, prema studiji istraživača sa Sveučilišta Uppsala u Švedskoj iz 2022. godine.
Njihovi eksperimenti o valovitoj prirodi nečega što se naziva Rydbergovo stanje otkrili su nov način mjerenja vremena koji ne zahtijeva preciznu početnu točku.
Rydbergovi atomi su prenapuhani baloni kraljevstva čestica. Napuhani laserima umjesto zrakom, ovi atomi sadrže elektrone u ekstremno visokim energetskim stanjima, koji kruže daleko od jezgre.
Naravno, ne mora svaka pumpa lasera napuhati atom do karikaturalnih razmjera. Zapravo, laseri se rutinski koriste za prevođenje elektrona u viša energetska stanja za razne namjene.
U nekim primjenama, drugi laser se može koristiti za praćenje promjena u položaju elektrona, uključujući protok vremena. Ove tehnike 'pump-probe' mogu se koristiti za mjerenje brzine određene ultra brze elektronike.
Induciranje atoma u Rydbergova stanja zgodan je trik za inženjere, ne samo kada se radi o dizajniranju novih komponenti za kvantna računala. Nepotrebno je reći da su fizičari prikupili značajnu količinu informacija o načinu na koji se elektroni kreću kada su gurnuti u Rydbergovo stanje.
Međutim, budući da predstavljaju "kvantne životinje", njihovi pokreti manje su poput kuglica koje klize po sićušnom abakusu, a više poput večeri za ručet stolom, gdje je svako bacanje i skok loptice stlačeno u jednu igru na sreću.
Knjiga matematičkih pravila iza ove divlje igre Rydbergovog elektronskog ruleta naziva se Rydbergov valni paket.
Baš kao i stvarni valovi, više od jednog paketa Rydbergovih valova koji se mreškaju u prostoru stvaraju smetnje, što rezultira jedinstvenim uzorcima valova. Bacite dovoljno Rydbergovih valnih paketa u isto atomsko jezerce i svaki od tih jedinstvenih uzoraka predstavljat će različito vrijeme koje je potrebno valnim paketima da jedan s drugim usklađeno evoluiraju.
Upravo te 'otiske prstiju' vremena fizičari su namjeravali testirati, pokazujući da su dovoljno dosljedni i pouzdani da služe kao oblik kvantnog označavanja vremena.
Njihovo istraživanje uključivalo je mjerenje rezultata laserom pobuđenih atoma helija i usklađivanje rezultata s teorijskim predviđanjima kako bi se pokazalo na koji način bi njihovi karakteristični rezultati mogli trajati neko vrijeme.
"Ako koristite brojač, morate definirati nulu. U nekom trenutku počnete brojati", objasnila je 2022. za New Scientist fizičarka Marta Berholts sa Sveučilišta u Uppsali u Švedskoj, koja je vodila tim.
"Prednost ovoga je da ne morate pokretati sat - samo pogledate strukturu smetnji i kažete 'u redu, prošle su 4 nanosekunde'."
Vodič o evoluciji Rydbergovih valnih paketa mogao bi se koristiti u kombinaciji s drugim oblicima spektroskopije pumpa-sonda koja mjeri događaje na maloj skali, kada su s vremena na vrijeme manje jasni ili jednostavno previše nezgodni za mjerenje.
Važno je da niti jedan od „otisaka prstiju” ne zahtijeva „tada” i „sada” da bi služio kao početna i zaustavna točka vremena. To bi bilo kao da mjerite utrku nepoznatog sprintera u odnosu na niz natjecatelja koji trče zadanom brzinom.
Tražeći potpis interferirajućih Rydbergovih stanja usred uzorka atoma pumpe-sonde, tehničari su mogli promatrati vremensku oznaku za kratkotrajne događaje, poput onih od samo 1,7 bilijuntinki sekunde.
Budući eksperimenti s kvantnim satom mogli bi zamijeniti helij drugim atomima, ili čak koristiti laserske impulse različitih energija, kako bi se proširio vodič vremenskih oznaka tako da odgovara širem rasponu uvjeta.
Izvor: Science Alert