Вчені відкрили новий спосіб вимірювати час: що відомо про цю технологію

Дослідники з Уппсальського університету в Швеції запропонували новий спосіб вимірювання часу, який не потребує традиційної прив’язки до початку та завершення події. Їхній метод базується на використанні рідбергівських атомів — це атоми, електрони яких перебувають на дуже високих енергетичних рівнях, що робить їх надзвичайно чутливими до зовнішніх полів та взаємодій.

Про це пише ресурс ScienceAlert.

Люди звикли для підрахунку часу використовувати годинники з маятниками та стрілками. При цьому рахуються секунди між “тоді” і “зараз”.

Новий спосіб вимірювання часу не має прив’язки до початку та завершення події.

Так, Марта Бергольц, керівник дослідницької групи, пояснює: “Якщо ви використовуєте лічильник, вам потрібно визначити нуль. Ви починаєте рахувати з якогось моменту, але на квантовому рівні такий підхід не працює”.

Новий метод визначення часу базується на використанні рідбергівських атомів – це атоми, електрони яких перебувають на дуже високих енергетичних рівнях, що робить їх надзвичайно чутливими до зовнішніх полів та взаємодій. Ці електрони обертаються далеко від ядра атома. Для створення таких станів науковці використовують лазери.

Спрямування лазерного випромінювання на атоми змушує їхні електрони переходити на вищі енергетичні рівні. Це явище часто використовується в різних галузях фізики. Дослідники можуть застосовувати другий лазер для спостереження за змінами положення електронів. Такі методи “накачування-зондування” дозволяють вимірювати надшвидкі процеси.

Математичний опис рідбергівських електронів називають хвильовим пакетом Рідберга. Коли кілька таких хвильових пакетів взаємодіють, вони створюють інтерференційні картинки. Ці патерни унікальні для різних часових інтервалів. Вони відображають еволюцію хвильових пакетів відносно один одного.

Шведські науковці сфокусувалися саме на цих “відбитках” часу. Вони провели серію експериментів із збудженими атомами гелію. Результати досліджень порівнювали з теоретичними прогнозами. Експерименти підтвердили надійність даного методу вимірювання часу.
Новий підхід має суттєві переваги порівняно з традиційними методами. “Перевага цього полягає в тому, що вам не потрібно заводити годинник”, – зазначає Бергольц. Дослідники просто аналізують структуру інтерференції. Це дозволяє точно визначити часовий інтервал.

Часові мітки базуються на самій структурі квантової інтерференції. Це схоже на визначення швидкості бігуна без секундоміра. Замість цього порівнюємо його з іншими спортсменами, швидкість яких відома.

Точність методу вражає своєю надзвичайною прецизійністю. За допомогою інтерференції рідбергівських станів можна виміряти події тривалістю до 1,7 трильйонної секунди. Такий рівень точності відкриває нові горизонти для квантових досліджень.

Майбутні експерименти можуть розширити можливості цього методу. Дослідники планують використовувати різні атоми замість гелію. Також вони розглядають можливість застосування лазерних імпульсів різної енергії. Це дозволить створити ширший “довідник” часових міток.

Технологія може суттєво вплинути на розвиток квантової фізики. Вона допоможе вивчати надшвидкі процеси, які раніше було неможливо виміряти. Результати досліджень опубліковані в престижному науковому журналі Physical Review Research.

Новий метод вимірювання часу демонструє дивовижні можливості квантової фізики. Він підтверджує, що навіть базові поняття, такі як час, набувають нового змісту на квантовому рівні. Подальші дослідження в цьому напрямку можуть змінити наше фундаментальне розуміння природи часу.