Ученые открыли совершенно новый способ измерения времени
Отслеживание хода времени в мире тикающих часов и качающихся 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 растворяется в тумане неопределенности. Секундомер просто не подходит для некоторых сценариев.
Потенциальное решение может быть найдено в самой форме квантового тумана, считают исследователи из Уппсальского университета в Швеции.
Их эксперименты по изучению волнообразной природы чего-то, называемого ридберговским состоянием, открыли новый способ измерения времени, не требующий точной отправной точки.
Атомы ридберговского типа — это чрезмерно надутые воздушные шарики. 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.
Точно так же, как настоящие волны в пруду, наличие нескольких волновых пакетов Ридберга, колеблющихся в пространстве, создает интерференцию, в результате чего образуются уникальные узоры 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 последним набором экспериментов, намеревались проверить, показав, что они были достаточно последовательными и надежными, чтобы служить формой квантовой отметки времени.
Их исследование включало измерение результатов возбуждения атомов гелия лазером. и сопоставление их выводов с теоретическими прогнозами, чтобы показать, как результаты их сигнатур 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 физик Марта Берхольц из Университета Упсалы в Швеции, возглавлявшая команду.
«Преимущество этого в том, что вам не нужно запускать часы — вы просто смотрите на интерференционную структуру и сказать: «Хорошо, прошло 4 наносекунды».
А гу Книгу эволюционирующих ридберговских волновых пакетов можно использовать в сочетании с другими формами спектроскопии накачки-зонда, которые измеряют события в крошечном масштабе, когда то и дело менее четкие или просто слишком неудобные для измерения.
Важно отметить, что 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.
Находя сигнатуры мешающих состояний Ридберга среди атомов насос-зонд, техники могли бы наблюдать метку времени. для событий столь мимолетных, как всего 1,7 триллионных доли секунды.
Эксперименты будущих квантовых часов могут заменить гелий другими атомами или даже использовать лазерные импульсы другой энергии, чтобы расширить путеводитель временных меток, чтобы удовлетворить более широкий диапазон условий.
Это исследование было опубликовано в журнале Physical Review Research.
