Международная команда ученых совершила значительный прорыв в области квантовых измерений времени, разработав инновационный метод для определения длительности сверхкоротких событий, таких как переход электрона между энергетическими уровнями, без применения внешних систем отсчета. Этот метод открывает новые возможности для исследования фундаментальной роли времени в квантовой механике.
Ученые подчеркивают, что ключевая проблема заключается в понимании общей роли времени в квантовой механике, особенно в контексте временных масштабов, связанных с квантовыми переходами. Процессы, такие как туннелирование или поглощение фотона электроном, могут происходить за считанные десятки аттосекунд (одна миллиардная миллиардной доли секунды). Существующие методы измерения, основанные на внешних «часах», могут искажать исследуемые явления.
Вместо этого исследователи предложили использовать внутренние временные шкалы, генерируемые самими квантовыми процессами. Основой метода является принцип интерференции: когда свет возбуждает электрон, он может двигаться по нескольким квантовым путям одновременно. Эти пути накладываются друг на друга, и конкретная интерференционная картина проявляется в спине испускаемого электрона. Измерение спиновой структуры позволяет восстановить информацию о ходе квантового процесса и определить время, необходимое для перехода.
Для проверки концепции команда использовала метод спиново-разрешенной фотоэмиссионной спектроскопии с угловым разрешением (SARPES). Эксперименты проводились с материалами, имеющими различную атомную структуру: трехмерная медь, квазидвумерные диселенид и дителлурид титана, а также цепочечный теллурид меди. Результаты показали, что чем проще и менее симметрична структура материала, тем медленнее происходит квантовый переход. Например, в меди переход длился около 26 аттосекунд, в слоистых материалах – 140-175 аттосекунд, а в цепочечном теллуриде меди – более 200 аттосекунд.
Специалисты также отмечают, что этот подход предоставляет физикам новый инструмент для изучения временных аспектов квантовых процессов, поскольку не требует использования внешних часов и позволяет непосредственно наблюдать временную эволюцию волновой функции электрона. Возможное применение метода включает разработку материалов с заданными квантовыми свойствами и совершенствование технологий, основанных на управлении квантовыми состояниями.
Исследование не только углубляет понимание временных задержек при фотоэмиссии, но и приближает к ответу на вопрос о мгновенности квантовых переходов, а также к более полному пониманию роли времени в квантовой механике.
Источник: new-science.ru
распечатать статью
