Исследование ученых из Уппсальского университета показало, что время можно измерять без точного начала отсчета, используя особенности квантовых частиц.
«В обычной жизни мы привыкли измерять время с помощью часов, отсчитывая секунды между «тогда» и «сейчас». Однако на квантовом уровне, где царят неопределенности, эти категории часто теряют свою четкость», – сообщили ученые.
В таких случаях стандартные устройства, такие как секундомеры, оказываются бесполезными. Ученые предложили решение, использовав для измерения времени волновую природу атомов, находящихся в так называемом «состоянии Ридберга».
Состояние Ридберга – это особое состояние атома, в котором его электроны находятся в крайне высоких энергетических уровнях, а сами атомы напоминают «надувшиеся» структуры. Для того чтобы достичь такого состояния, ученые используют лазеры, которые «поглощают» атомы и поднимают электроны на более высокие уровни энергии.
Такой процесс не только помогает исследовать поведение атомов, но и может быть полезен при создании новых технологий, в частности квантовых компьютеров.
«Состояние Ридберга становится особенно ценным, когда лазеры используют для измерения изменений положения электронов, а значит, и для замера времени. Метод, использующий лазерное возбуждение атомов, называется «памп-проб». С его помощью можно измерять очень быстрые процессы, такие как скорость ультрабыстрой электроники», – объяснили специалисты.
Однако для более точного измерения времени ученые из Уппсальского университета пошли дальше. Они использовали волновую природу атомов, вызвавших интерференцию – взаимодействие нескольких волновых пакетов Ридберга.
Как выяснилось в ходе экспериментов, такие «отпечатки» времени, созданные из волн, могут быть достаточно стабильными и точными, чтобы их можно было использовать в качестве временных меток.
В своих исследованиях ученые сравнили результаты лазерного возбуждения атомов гелия с теоретическими предсказаниями и доказали, что их метод позволяет точно измерять продолжительность времени.
Как объяснила профессор Марта Бергольтс из Уппсальского университета, новое исследование позволяет отказаться от необходимости точно устанавливать момент начала отсчета времени.
В будущем ученые планируют использовать разные типы атомов и лазеров, что позволит расширить возможности применения данного метода в разных областях. Как отмечают исследователи, подобные квантовые временные метки могут стать важной частью будущих экспериментов и технологий, где традиционные способы измерения времени окажутся неэффективными. Вместо этого можно просто анализировать структуру интерференции и точно определить, сколько времени прошло. Например, ученые могут измерять время с точностью до 4 наносекунд, что открывает новые возможности для исследований на квантовом уровне.
Источник: TengriNews
распечатать статью