Modul în care înțelegem timpul se modifică: descoperirea unor cercetători care schimbă tot

Marcarea trecerii timpului într-o lume a ceasurilor care ticăie și pendulelor balansate este un caz simplu de numărare a secundelor dintre „atunci” și „acum”.

Cu toate acestea, la scara cuantică a electronilor bâzâitori, „atunci” nu poate fi întotdeauna anticipat. Mai rău, „acum” se estompează adesea într-o ceață de incertitudine. Un cronometru pur și simplu nu îl va tăia pentru anumite scenarii.

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

Experimentele lor asupra naturii ondulatorii a ceva numit stare Rydberg au dezvăluit o nouă modalitate de a măsura timpul care nu necesită un punct de plecare precis.

Babasha va deveni tată pentru prima oară. Când va naște iubita lui și ce nume va purta copilul

Surpriza pe care o pregătesc Andreea Marin și Radu Ștefan Bănică împreună. Despre ce proiect ar fi vorba

Ce sunt atomii Rydberg

Atomii Rydberg sunt baloanele supraumflate ale regnului particulelor. Umflați cu lasere în loc de aer, acești atomi conțin electroni în stări de energie extrem de ridicată, orbitând departe de nucleu.

Desigur, nu orice pompă a unui laser trebuie să umfle un atom până la proporții de desene animate. De fapt, laserele sunt folosite în mod obișnuit pentru a gâdila electronii în stări de energie mai înaltă 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.

Inducerea atomilor în stările Rydberg este un truc la îndemână pentru ingineri, nu în ultimul rând atunci când vine vorba de proiectarea unor componente noi pentru calculatoarele cuantice. Inutil să spun 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 ca niște mărgele care alunecă pe un abac minuscul și mai mult ca o seară la masa de ruletă, unde fiecare rostogolire și săritură a mingii este strânsă într-un singur joc de noroc.

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

Cum funcționează

La fel ca valurile reale dintr-un iaz, a avea mai mult de un pachet de unde Rydberg care se ondulează într-un spațiu creează interferențe, rezultând modele unice de ondulații. Aruncă 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.

Aceste „amprente digitale” ale timpului au fost 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 ca o formă de marcare temporală cuantică.

Cercetările lor au implicat măsurarea rezultatelor atomilor de heliu excitați cu laser și potrivirea constatărilor lor cu previziunile teoretice pentru a arăta modul în care rezultatele semnăturii lor ar putea rezista pentru o perioadă 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 din Uppsala din Suedia, care a condus echipa.

„Beneficiul acestui lucru este că nu trebuie să porniți ceasul – vă uitați doar la structura de interferență și spuneți „ok, au trecut 4 nanosecunde”.

Ce înseamnă

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 din când în când sunt mai puțin clare sau pur și simplu prea incomod pentru a fi măsurate.

Important este că niciuna dintre amprentele nu necesită un atunci și acum pentru a servi drept punct de plecare și de oprire pentru timp. Ar fi ca și cum ai măsura cursa unui sprinter necunoscut împotriva unui număr de concurenți care rulează la viteze stabilite.

Căutând semnătura stărilor Rydberg care interferează în mijlocul unui eșantion de atomi cu sondă de pompă, tehnicienii ar putea observa un marcaj de timp pentru evenimente la fel de trecătoare de doar 1,7 trilioane de secunde.

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 cu o gamă mai largă de condiții.