Физики нашли совершенно новый способ измерения времени

Определение хода времени в нашем мире тикающих часов и колеблющихся маятников — это простой случай подсчета секунд между «тогда» и «сейчас».

На квантовом уровне гудящих электронов однако «тогда» не всегда можно предвидеть. Хуже того, «сейчас» часто растворяется в тумане неопределенности. В некоторых сценариях секундомер просто не будет работать.

Потенциальное решение можно найти в Это очень форма самого квантового тумана, согласно исследованию, проведенному в 2022 году исследователями из Уппсальского университета в Швеции.

Их эксперименты по Волновая природа того, что называется состоянием Ридберга, открыла новый способ измерения времени, который не требует точной начальной точки.

Атомы Ридберга — это раздутые воздушные шары царства частиц. Эти атомы, надутые лазерами вместо воздуха, содержат электроны в состояниях чрезвычайно высокой энергии, вращающиеся далеко от ядра.

Конечно, не каждой накачке лазера нужно раздувать атом до мультяшных размеров. Фактически, лазеры обычно используются для перевода электронов в состояния с более высокой энергией для различных целей.

В В некоторых приложениях второй лазер можно использовать для мониторинга изменений положения электрона, включая течение времени. Эти методы «насос-зонд» можно использовать, например, для измерения скорости некоторых сверхбыстрых электронных устройств.

Приведение атомов в состояния Ридберга — удобный трюк для инженеров, не в последнюю очередь, когда речь идет о разработке новых компонентов для квантовых компьютеров. Излишне говорить, что физики накопили значительный объем информации о том, как движутся электроны, когда их подталкивают в ридберговское состояние.

Свод математических правил, лежащих в основе этой дикой игры в электронную рулетку Ридберга, называется волной Ридберга. package.

Как и в случае с реальными волнами, наличие более одного волнового пакета Ридберга, пульсирующего в пространстве, создает интерференцию , что приводит к уникальным образцам ряби.

Бросьте достаточное количество волновых пакетов Ридберга в один и тот же атомный пруд, и эти уникальные Каждый шаблон будет представлять собой определенное время, необходимое волновым пакетам для развития в соответствии друг с другом.

Именно эти самые «отпечатки пальцев» времени физики, стоящие за этой серией экспериментов, намеревались проверить, показав, что они достаточно последовательны и надежны, чтобы служить форма квантовой метки времени.

Их исследования включали измерение результатов лазерно-возбужденных атомов гелия и сопоставление их результаты с теоретическими предсказаниями, чтобы показать, как их сигнатурные результаты могут сохраняться в течение определенного периода времени.

» Если вы используете счетчик, вам нужно определить ноль. В какой-то момент вы начинаете считать», — объяснила New Scientist в 2022 году физик Марта Берхольц из Университета Уппсалы в Швеции, возглавлявшая команду.

«Преимущество этого в том, что вам не нужно запускать часы — вы просто смотрите на структуру интерференции и говорите: «Хорошо, прошло 4 наносекунды.'»

Руководство по развитию волновых пакетов Ридберга можно использовать в сочетании с другими формы спектроскопия накачки-зонда, которая измеряет события в крошечном масштабе, когда время от времени они менее ясны или просто слишком неудобны для измерения.

Важно, что ни один из отпечатков пальцев не требует, чтобы «тогда» и «сейчас» служили отправной и конечной точкой времени. Это было бы похоже на измерение забега неизвестного спринтера против нескольких участников, бегущих с заданной скоростью.

By Ища признаки мешающих состояний Ридберга среди образца атомов-насосов-зондов, технические специалисты могли наблюдать временные метки для событий, столь мимолетных, как всего лишь 1,7 триллионные доли секунды.

В будущих экспериментах с квантовыми часами гелий может быть заменен другими атомами или даже использовать лазерные импульсы разных энергий, чтобы расширить справочник временных меток в соответствии с потребностями пользователя. более широкий диапазон условий.

Это исследование было опубликовано в Physical Review Исследование.

Предыдущая версия этой статьи была опубликована в октябре 2022 года.