Мы привыкли считать секунды, минуты, часы как простой способ понять продолжительность между тогда и сейчас. Но на квантовом уровне это не всегда возможно. Хуже того, теперь она часто растворяется в тумане неопределенности. Обычный способ измерения времени просто не работает во многих случаях на уровне частиц.
По мнению исследователей из Упсальского университета (Швеция), потенциальное решение может быть найдено в виде самого квантового тумана. Эксперименты по изучению волновой природы ридберговских атомов открыли новый способ измерения времени, не требующий точной точки отсчета. Научная статья была опубликована в "Physical Review Research", об этом сообщает "ScienceAlert".
Атомы Ридберга — это надутые «воздушные шары» мира частиц. Эти атомы, накачиваемые лазерами, содержат электроны в чрезвычайно высоких энергетических состояниях, вращающиеся по орбитам вдали от ядра.
Лазеры обычно используются для перевода электронов в более высокие энергетические состояния. Второй лазер также можно использовать для отслеживания изменений положения электронов, в том числе с течением времени.
Перевод атомов в ридберговские состояния — удобный способ, когда речь идет о разработке новых компонентов для квантовых компьютеров. Но из-за квантового принципа неопределенности (когда положение частицы и ее скорость нельзя измерить одновременно) картина выглядит не столько как бусины, скользящие по крошечным волокнам, сколько как колесо рулетки, где после каждого броска шарик может прыгать куда угодно.
Но мы помним, что частица может быть одновременно и волной (бесполезно спрашивать почему — это один из парадоксов квантового мира, ответ будет: ну так). Обычные волны в озере создают помехи — когда волны накладываются друг на друга, они могут увеличиваться или уменьшаться. В результате в каждый момент времени на каждом водоеме формируются уникальные волновые узоры. Бросьте достаточно ридберговских волн в один и тот же атомный «пруд», и каждый из этих уникальных «шаблонов» будет представлять определенное время.
Оказывается, эти узоры ридберговских атомов достаточно устойчивы и надежны, чтобы служить квантовыми временными метками. Ученые измерили лазерное возбуждение атомов гелия и сравнили результаты с теоретическими предсказаниями. Исследователи пришли к выводу: волновод Ридберга можно использовать.
Важно отметить, что ни один из этих «отпечатков пальцев» не требует понятий «тогда — сейчас» в качестве отправной точки. Время здесь очень относительно — тик работает только для этого атома в этом состоянии при этой мощности лазера. Однако это поможет создать обширные таблицы относительных тиков временных интервалов, которые помогут ученым в различных квантовых экспериментах.
Отыскивая сигнатуры интерферирующих ридберговских состояний среди атомов, авторы исследования смогли наблюдать отметку времени для событий столь же мимолетных, как всего 1,7 триллионных доли секунды.