Rewolucja w odmierzaniu czasu. Badacze proponują nowy sposób

Spis treści: Jak liczyć czas na nowo? Zastosowanie dla metody Przez wieki człowiek doskonalił sposoby mierzenia czasu. Od starożytnych zegarów słonecznych po atomową precyzję współczesnych chronometrów. Wszystkie te metody opierają się jednak na jasno określonym „początku”. A co gdyby czas dało się mierzyć bez jego punktu startowego? W świecie kwantowym takie podejście może mieć sens. Jak liczyć czas na nowo? Fizycy z Uniwersytetu w Uppsali w Szwecji postanowili zbadać to zagadnienie, wykorzystując nietypowe właściwości tzw. atomów Rydberga. To układy, w których elektrony są pobudzane do ekstremalnie wysokich stanów energetycznych. Działa to w pewnym sensie tak, jakby „nadmuchano” je laserami. Choć takie atomy są znane i wykorzystywane w różnych dziedzinach, badacze postanowili spojrzeć na nie pod nowym kątem – pomiaru czasu. Kluczową rolę w ich eksperymentach odegrały pakiety fal Rydberga. Są to opisy matematyczne zachowania elektronów w tych wzbudzonych stanach. Gdy w przestrzeni pojawia się więcej niż jeden pakiet fal, zaczynają się one nakładać i interferować ze sobą. W ten sposób tworzą unikalne wzory. Każdy z nich ewoluuje w czasie w charakterystyczny sposób. Właśnie ta ewolucja może służyć jako swoisty znacznik czasu, nawet bez wyraźnego punktu początkowego. Można to porównać do obserwacji fal na powierzchni wody. Nie trzeba wiedzieć, kiedy wrzucono kamień, by określić, jak długo fale się rozchodzą. Zastosowanie dla metody Eksperymenty z zastosowaniem atomów helu wzbudzanych impulsami laserowymi pozwoliły potwierdzić, że te wzory interferencyjne są wystarczająco stabilne i przewidywalne, by mogły pełnić funkcję „kwantowego zegara”. Zamiast uruchamiania licznika wystarczy przyjrzeć się strukturze fali i stwierdzić, że minęły 4 nanosekundy. To podejście mogłoby znaleźć zastosowanie wszędzie tam, gdzie tradycyjne metody pomiaru czasu zawodzą. Na przykład przy obserwacji zjawisk trwających zaledwie bilionowe części sekundy. W przyszłości naukowcy planują rozszerzyć ten system na inne atomy i różne typy impulsów laserowych, tworząc swego rodzaju podręcznik kwantowych znaczników czasu dla najbardziej ulotnych zjawisk we wszechświecie. Źródło: Physical Review Research Nasz autor