Μπορεί στον καθημερινό μας κόσμο ο χρόνος να μετριέται εύκολα με δευτερόλεπτα και ρολόγια, όμως στον κόσμο της κβαντικής φυσικής, όπου κυριαρχεί η αβεβαιότητα, το «πριν» και το «μετά» δεν είναι πάντα σαφώς διακριτά. Επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο της Ουψάλα στη Σουηδία βρήκαν έναν εντελώς νέο τρόπο μέτρησης του χρόνου – χωρίς την ανάγκη σημείου εκκίνησης.
Τα κύματα Rydberg ως χρονικές σφραγίδες
Η μελέτη, η οποία δημοσιεύθηκε στο Physical Review Research, βασίστηκε σε μια ειδική κατάσταση ατόμων γνωστή ως κατάσταση Rydberg, όπου τα ηλεκτρόνια βρίσκονται σε πολύ υψηλές ενεργειακές στάθμες και περιστρέφονται μακριά από τον πυρήνα.
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν λέιζερ για να «διεγείρουν» ηλεκτρόνια ηλίου και να τα φέρουν σε Rydberg καταστάσεις. Αντί να μετρούν χρόνο με ρολόγια ή παλμούς, παρατήρησαν τις παρεμβολές των Rydberg κυματοδεμάτων (wave packets). Κάθε κυματοδέμα συμπεριφέρεται σαν κύμα και όταν πολλά τέτοια κυματοδέματα αλληλεπιδρούν, δημιουργούν μοναδικά μοτίβα – κυριολεκτικά «δακτυλικά αποτυπώματα» του χρόνου που έχει περάσει.
Χωρίς μηδενικό σημείο εκκίνησης
«Αν χρησιμοποιείς μετρητή, πρέπει να ορίσεις το μηδέν. Να ξεκινήσεις από κάπου», εξηγεί η φυσικός Μάρτα Μπέρχολτς, επικεφαλής της μελέτης.
«Το πλεονέκτημα εδώ είναι ότι δεν χρειάζεται να ξεκινήσεις το ρολόι – απλώς κοιτάς τη δομή της παρεμβολής και λες “ορίστε, έχουν περάσει 4 νανοδευτερόλεπτα”».
Αυτό επιτρέπει τη μέτρηση γεγονότων που διαρκούν μόλις 1,7 τρισεκατομμυριοστά του δευτερολέπτου, χωρίς καν να χρειάζεται να γνωρίζουμε πότε ξεκίνησαν. Είναι σαν να μετράμε την απόδοση ενός δρομέα όχι από τη γραμμή εκκίνησης, αλλά συγκρίνοντάς τον με άλλους δρομείς σταθερής ταχύτητας.
Η έρευνά τους περιελάμβανε τη μέτρηση των αποτελεσμάτων των διεγερμένων με λέιζερ ατόμων ηλίου και την αντιστοίχιση των ευρημάτων τους με θεωρητικές προβλέψεις για να δείξουν πώς τα υπογραφή τους θα μπορούσαν να διατηρηθούν για μια χρονική διάρκεια.
Ένας οδηγός εξελισσόμενων κυματοειδών πακέτων Rydberg θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε συνδυασμό με άλλες μορφές φασματοσκοπίας αντλίας-ανιχνευτή που μετρά τα γεγονότα σε μικρή κλίμακα, όταν πότε πότε είναι λιγότερο σαφή ή απλά πολύ άβολα για μέτρηση.
Μια νέα εποχή για την ακριβή χρονομέτρηση
Οι εφαρμογές είναι πολλές, ειδικά σε πειράματα κβαντικής φυσικής και υπερταχέων ηλεκτρονικών. Οι ερευνητές ευελπιστούν να επεκτείνουν τη μέθοδο και σε άλλα άτομα εκτός του ηλίου, ή να χρησιμοποιήσουν λέιζερ διαφορετικής ενέργειας, ώστε να δημιουργήσουν μια πιο ευρεία «βιβλιοθήκη χρονικών αποτυπωμάτων».
Σε έναν κόσμο όπου τα ρολόγια ίσως δεν αρκούν, τα κυματοπακέτα των ηλεκτρονίων μας δείχνουν πως ακόμα και στην αβεβαιότητα του κβαντικού χάους, υπάρχει τρόπος να μετρήσουμε το χρόνο – όχι μετρώντας παλμούς, αλλά διαβάζοντας μοτίβα φωτός.
VIA: FoxReport.gr
