Отметить течение времени в мире тикающих часов и качающихся маятников — это простой случай подсчета секунд между «тогда» и «сейчас».
Однако в квантовом масштабе жужжащих электронов «потом» не всегда можно предугадать. Хуже того, «сейчас» часто расплывается в дымке неопределенности. Для некоторых сценариев секундомер просто не подходит.
Потенциальное решение может быть найдено в самой форме квантового тумана, считают исследователи из Уппсальского университета в Швеции.
Их эксперименты с волнообразной природой того, что называется состоянием Ридберга, выявили новый способ измерения времени, который не требует точной точки отсчета.
Атомы Ридберга — это надутые воздушные шары в царстве частиц. Надутые лазерами вместо воздуха, эти атомы содержат электроны в чрезвычайно высоких энергетических состояниях, вращающиеся вдали от ядра.
Конечно, не каждая накачка лазера должна раздувать атом до карикатурных размеров. На самом деле, лазеры регулярно используются для того, чтобы перевести электроны в более высокие энергетические состояния для различных целей.
В некоторых приложениях второй лазер может использоваться для мониторинга изменений в положении электрона, включая течение времени. Такие методы «зонда-насоса» можно использовать, например, для измерения скорости работы некоторых сверхбыстрых электронных устройств.
Индуцирование атомов в состояние Ридберга — удобный трюк для инженеров, не в последнюю очередь при разработке новых компонентов для квантовых компьютеров. Само собой разумеется, физики накопили значительный объем информации о том, как электроны движутся при переходе в состояние Ридберга.
Однако, будучи квантовыми животными, их движения меньше похожи на скольжение бусинок по крошечному абаксу, а больше напоминают вечер за столом рулетки, где каждый бросок и прыжок шарика втиснут в единую игру случая.
Математический свод правил этой дикой игры в электронную рулетку Ридберга называется волновым пакетом Ридберга.
Подобно волнам в пруду, наличие более чем одного волнового пакета Ридберга в пространстве создает интерференцию, в результате чего возникают уникальные узоры пульсаций. Бросьте достаточно волновых пакетов Ридберга в один и тот же атомный пруд, и каждый из этих уникальных узоров будет представлять собой определенное время, необходимое для того, чтобы волновые пакеты развивались в соответствии друг с другом.
Именно эти «отпечатки пальцев» времени физики, стоящие за последней серией экспериментов, поставили перед собой задачу проверить, что они достаточно последовательны и надежны, чтобы служить формой квантовой регистрации времени.
Их исследование включало измерение результатов лазерного возбуждения атомов гелия и сопоставление полученных результатов с теоретическими предсказаниями, чтобы показать, как результаты их подписи могут обозначать длительность времени.
«Если вы используете счетчик, вам нужно определить ноль. Вы начинаете считать в какой-то момент», — объяснила New Scientist физик Марта Берхольтс из Уппсальского университета в Швеции, возглавлявшая группу.
«Преимущество этого метода в том, что вам не нужно заводить часы — вы просто смотрите на интерференционную структуру и говорите: «Так, прошло 4 наносекунды»».
Справочник развивающихся ридберговских волновых пакетов может быть использован в сочетании с другими формами спектроскопии зонда-насоса, которые измеряют события в крошечном масштабе, когда сейчас и тогда менее ясно, или просто слишком неудобно для измерения.
Важно отметить, что ни один из отпечатков не требует «тогда» и «сейчас» в качестве начальной и конечной точки отсчета времени. Это было бы похоже на измерение бега неизвестного спринтера в сравнении с рядом соперников, бегущих с заданной скоростью.
Ища сигнатуру интерферирующих ридберговских состояний в образце атомов с насосным зондом, специалисты могли бы наблюдать временную метку для событий, происходящих всего за 1,7 триллионных долей секунды.
Будущие эксперименты с квантовыми часами могут заменить гелий другими атомами или даже использовать лазерные импульсы разных энергий, чтобы расширить справочник временных меток для более широкого диапазона условий.
Это исследование было опубликовано в журнале Physical Review Research.
Оригинал earth-chronicles.ru
