У нашому макроскопічному світі, де час вимірюється цоканням годинників, його плин є лінійною послідовністю подій між чітко визначеними “тоді” і “зараз”. Однак у квантовому вимірі, на рівні субатомних частинок, ця звична концепція втрачає свою визначеність. “Тоді” може бути невідомим, а “зараз” розмивається в імовірнісному тумані, що робить традиційні методи вимірювання, подібні до секундоміра, непридатними. Нещодавнє дослідження фізиків з Уппсальського університету у Швеції запропонувало революційний підхід до цієї проблеми, виявивши спосіб вимірювати час, не покладаючись на початкову точку відліку, а зчитуючи його унікальний “відбиток” у самій структурі квантової матерії, розповідає T4.
В основі цього нового методу лежить використання так званих станів Ридберга. Атом Ридберга — це атом, який був збуджений лазерним імпульсом до такого стану, що один з його електронів переходить на надзвичайно високу та віддалену від ядра енергетичну орбіту, перетворюючи атом на своєрідну “надуту” частинку. У квантовій механіці стан такого електрона описується не як точка, а як хвильовий пакет — імовірнісна хвиля, що описує його рух. Вчені виявили, що якщо в одному атомі створити не один, а декілька таких ридбергівських хвильових пакетів, вони починають взаємодіяти між собою, подібно до хвиль на поверхні води.
Саме ця взаємодія є ключем до нового методу вимірювання. Подібно до того, як кілька кинутих у ставок каменів створюють унікальну і складну картину брижів, кілька ридбергівських хвильових пакетів створюють неповторну інтерференційну картину. Дослідники довели, що форма цієї картини є унікальним і надійним “відбитком пальця” часу, що минув з моменту створення цих хвильових пакетів. Кожен проміжок часу — наприклад, кілька наносекунд — залишає після себе абсолютно конкретний, впізнаваний візерунок. Таким чином, час перестає бути процесом, який потрібно вимірювати від точки А до точки Б, а стає статичною картиною, яку можна просто “прочитати”.
Головна перевага цього підходу полягає у відсутності потреби у “нульовій точці”. Як пояснила керівниця дослідження, фізик Марта Бергольц, не потрібно запускати годинник — достатньо подивитися на інтерференційну структуру і сказати: “Добре, минуло 4 наносекунди”. Під час експериментів з лазерно-збудженими атомами гелію команда змогла успішно ідентифікувати часові позначки для подій, що тривали всього 1,7 трильйонних частки секунди. Це відкриття не просто пропонує новий інструмент для надшвидких вимірювань у квантовій електроніці, але й знаменує собою фундаментальний зсув у нашому розумінні природи часу на квантовому рівні, відкриваючи шлях до створення нового покоління квантових хронометрів.
Читайте також: Вчені розбудили організм, який спав 40000 років
