RW Space

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

Внизу, на квантовой шкале жужжащих электронов, однако «тогда» не всегда можно предвидеть. Что еще хуже, «сейчас» часто расплывается в тумане неопределенности. В некоторых сценариях секундомер просто не работает.

Потенциальное решение может быть найдено в самой форме квантового тумана, согласно исследованию 2022 года, проведенному исследователями из Упсальского университета в Швеции.

Их эксперименты по изучению волнообразной природы чего-то, называемого ридберговским состоянием, открыли новый способ измерения времени, не требующий точной отправной точки.

Ридберговские атомы — это сверх- надутые воздушные шары царства частиц. Надутые лазерами вместо воздуха, эти атомы содержат электроны в чрезвычайно высоких энергетических состояниях, вращающихся далеко от ядра.

Конечно, не каждая накачка лазера должна надувать атом до мультяшных размеров. На самом деле, лазеры обычно используются для перевода электронов в более высокие энергетические состояния для различных целей.

В некоторых приложениях второй лазер может использоваться для отслеживания изменений в положении электрона, включая прохождение время. Эти методы «накачки-зонда» можно использовать, например, для измерения скорости некоторых сверхбыстрых электронных устройств.

Приведение атомов в ридберговские состояния — удобный прием 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 переводят в ридберговское состояние.

Однако, будучи квантовыми животными, их движения меньше похожи на скользящие по крошечным счетам бусинки. , и больше похоже на вечер за столом с рулеткой, где каждый бросок и прыжок шарика сжаты в единую азартную игру.

Сборник математических правил, лежащий в основе этой дикой игры в электронную рулетку Ридберга, упоминается как волновой пакет Ридберга.

Как и в настоящих волнах, наличие нескольких волновых пакетов Ридберга, колеблющихся в пространстве, создает интерференцию, что приводит к уникальным образцам ряби. Бросьте достаточно ридберговских волновых пакетов в один и тот же атомный пруд, и каждый из этих уникальных паттернов будет представлять собой определенное время, необходимое для того, чтобы волновые пакеты эволюционировали в соответствии друг с другом.

Это были те самые «отпечатки пальцев» время, которое физики, стоявшие за этим набором экспериментов, намеревались проверить, показав, что они были достаточно последовательными и надежными, чтобы служить формой квантовой отметки времени.

Их исследование включало измерение результатов атомов гелия, возбуждаемых лазером, и сопоставляя их результаты с теоретическими прогнозами, чтобы показать, как результаты их сигнатуры могут сохраняться в течение определенного периода времени.

«Если вы используете счетчик, вы должны определить ноль. Вы начинаете считать в какой-то момент, — объяснила New Scientist в 2022 году физик Марта Берхольц из Университета Упсалы в Швеции, возглавлявшая команду.

«Преимущество этого в том, что вам не нужно запускать часы — вы просто посмотрите на интерференционную структуру и скажите: «Хорошо, прошло 4 наносекунды».

A g Руководство по эволюционирующим ридберговским волновым пакетам можно использовать в сочетании с другими формами спектроскопии накачки-зонда, которые измеряют события в крошечном масштабе, когда время от времени они менее ясны или просто слишком неудобны для измерения.

Важно. , ни один из отпечатков пальцев не требует «тогда» и «сейчас», чтобы служить отправной точкой и точкой остановки времени. Это все равно, что измерять гонку неизвестного спринтера против нескольких участников, бегущих с заданной скоростью.

Выискивая сигнатуры мешающих состояний Ридберга среди атомов насос-зонд, техники могли бы наблюдать метку времени. для событий длительностью всего 1,7 триллионных доли секунды.

В будущих экспериментах с квантовыми часами гелий можно будет заменить другими атомами или даже использовать лазерные импульсы разной энергии, чтобы расширить справочник временных меток и охватить более широкий диапазон условий.

Это исследование было опубликовано в журнале Physical Review Research.

Предыдущая версия этой статьи впервые была опубликована в октябре 2022 года.р>