Отбелязването на изтичането на времето в свят на тиктакащи часовници и люлеещи се махала е прост случай на броене на секундите между „тогава“ и „сега“.

В квантовия сектор на електроните обаче „тогава“ невинаги може да се предвиди. Още по-лошо - „сега“ често се размива в мъгла на несигурност. Хронометърът просто няма да ви свърши работа за някои сценарии.

Потенциално решение може да се намери в самата форма на квантовата мъгла според изследователи от университета в Упсала в Швеция. Техните експерименти върху вълнообразната природа на нещо, наречено състояние на Ридберг, разкриха нов начин за измерване на времето, който не изисква точна начална точка.

Ридберговите атоми са прекалено надутите балони в царството на частиците. Надути с лазери вместо въздух, тези атоми съдържат електрони в изключително високи енергийни състояния, обикалящи далеч от ядрото.

Разбира се, не всеки лазер трябва да надуе атом до огромни размери. Всъщност лазерите се използват рутинно за обработка на електрони в по-високи енергийни състояния за различни приложения. В някои приложения може да се използва втори лазер за наблюдение на промените в позицията на електрона, включително изтичането на времето. Тези техники на „помпа-сонда“ могат да се използват например за измерване на скоростта на определени свръхбързи електроники.

Индуцирането на атоми в състояния на Ридберг е удобен трик за инженерите - не на последно място, когато става въпрос за проектиране на нови компоненти за квантови компютри. Излишно е да казваме, че физиците са натрупали значително количество информация за начина, по който електроните се движат, когато са избутани в състояние на Ридберг.

Тъй като са квантови образувания обаче, техните движения наподобяват по-малко на мъниста, плъзгащи се върху малко сметало, а повече на рулетка, където всяко хвърляне и скок на топката е събрано в една игра на късмета. Книгата с математически правила зад тази игра на електронна рулетка на Ридберг се нарича вълнов пакет на Ридберг.

Точно като действителните вълни в езеро наличието на повече от един пакет вълни на Ридберг в пространството създава смущения, което води до уникални модели на вълни. Хвърлете достатъчно вълнови пакети в една и съща атомна среда и всеки от тези уникални модели ще представлява различното време, необходимо на вълновите пакети да се развиват в съответствие един с друг.

Именно тези „пръстови отпечатъци“ на времето се заеха да тестват физиците зад този последен набор от експерименти, показвайки, че те са последователни и достатъчно надеждни, за да служат като форма на квантово времево клеймо. Техните изследвания включват измерване на резултатите от лазерно възбудени хелиеви атоми и съпоставяне на техните открития с теоретични прогнози, за да покажат как техните характерни резултати могат да издържат за определен период от време.

„Ако използвате брояч, трябва да дефинирате нула. След това започвате да броите в един момент“, обяснява пред New Scientist физикът Марта Берхолтс от университета в Упсала в Швеция, която ръководи екипа.

„Ползата от това е, че не е нужно да стартирате часовника - просто гледате структурата на смущението и си казвате „Добре, изминаха 4 наносекунди“.

Ръководство за вълновите пакети на Ридберг може да се използва в комбинация с други форми на спектроскопия с помпа-сонда, които измерват събития в малък мащаб, когато от време на време са по-малко ясни или просто твърде неудобни за измерване. Търсейки сигнатурата на интерфериращи състояния на Ридберг сред проба от атоми с помпа-сонда, учените биха могли да наблюдават клеймо за време за събития, толкова мимолетни, колкото само 1.7 трилионни от секундата.

Бъдещите експерименти с квантови часовници биха могли да заменят хелия с други атоми или дори да използват лазерни импулси с различни енергии, за да разширят възможното измерване на времето, така че да отговарят на по-широк диапазон от условия.

Снимка: Unsplash

Виж още: Материята, изхвърлена от сблъсък на неутронни звезди, надмина скоростта на светлината