Οι επιστήμονες βρήκαν νέο τρόπο μέτρησης του χρόνου

Μια πιθανή λύση θα μπορούσε να βρεθεί στο σχήμα της λεγόμενης «κβαντικής ομίχλης», σύμφωνα με μια μελέτη του 2022 από ερευνητές του Πανεπιστημίου της Ουψάλα στη Σουηδία, όπως αναφέρει το «Science Alert». Τα πειράματά τους σχετικά με την κυματοειδή φύση, κάτι που ονομάζεται «κατάσταση Ρίντμπεργκ», αποκάλυψαν έναν νέο τρόπο μέτρησης του χρόνου που δεν απαιτεί ακριβές σημείο εκκίνησης.

Scientists Found an Entirely New Way of Measuring Time https://t.co/ED8e94MQ1T

— ScienceAlert (@ScienceAlert) March 5, 2023

Ένα άτομο Ρίντμπεργκ είναι ένα διεγερμένο άτομο με ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια που έχουν πολύ υψηλό κύριο κβαντικό αριθμό. Όσο υψηλότερη είναι η τιμή του n, τόσο πιο μακριά βρίσκεται – κατά μέσο όρο – το ηλεκτρόνιο από τον πυρήνα. Μάλιστα, τα άτομα Ρίντμπεργκ έχουν μια σειρά από ιδιότητες, όπως υπερβολική απόκριση σε ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία, μεγάλες περιόδους διάσπασης και κυματοσυναρτήσεις ηλεκτρονίων που προσεγγίζουν, υπό ορισμένες συνθήκες, τις κλασικές τροχιές των ηλεκτρονίων γύρω από τους πυρήνες. Τα ηλεκτρόνια του πυρήνα προστατεύουν το εξωτερικό ηλεκτρόνιο από το ηλεκτρικό πεδίο του πυρήνα, έτσι ώστε, από απόσταση, το ηλεκτρικό δυναμικό να μοιάζει πανομοιότυπο με αυτό που βιώνει το ηλεκτρόνιο σε ένα άτομο υδρογόνου.

Πάντως, έχοντας λέιζερ αντί για αέρα, τα άτομα αυτά περιέχουν ηλεκτρόνια σε εξαιρετικά υψηλές ενεργειακές καταστάσεις, σε τροχιά μακριά από τον πυρήνα. Στην πραγματικότητα, τα λέιζερ χρησιμοποιούνται συνήθως για να ωθούν τα ηλεκτρόνια σε υψηλότερες ενεργειακές καταστάσεις για ποικίλες χρήσεις. Μάλιστα, σε ορισμένες εφαρμογές, ένα δεύτερο λέιζερ μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παρακολούθηση των αλλαγών στη θέση του ηλεκτρονίου, συμπεριλαμβανομένου του χρόνου που περνάει. Αυτές οι τεχνικές μπορούν να χρησιμοποιηθούν, λ.χ., για τη μέτρηση της ταχύτητας σε διάφορες καταστάσεις.

Η επαγωγή ατόμων σε κατάσταση Ρίντμπεργκ είναι ένα εύχρηστο τέχνασμα για τους μηχανικούς, τουλάχιστον όταν πρόκειται για τον σχεδιασμό νέων εξαρτημάτων για κβαντικούς υπολογιστές. Περιττό να αναφερθεί ότι οι φυσικοί έχουν συγκεντρώσει σημαντικό όγκο πληροφοριών σχετικά με τον τρόπο με τον οποίο τα ηλεκτρόνια κινούνται όταν ωθούνται σε κατάσταση Ρίντμπεργκ.

Τι έδειξη η επιστημονική έρευνα

Η μελέτη, η οποία δημοσιεύθηκε τον Ιανουάριο του 2022 στο «Physical Review Research», διερεύνησε τη μοναδική δυναμική που υπάρχει μέσα σε ομάδες εντοπισμένων κυμάτων ή «πακέτων κυμάτων», που παράγονται στο ήλιο από τη λεγόμενη «κατάσταση Ρίντμπεργκ». Τέτοιες καταστάσεις προκύπτουν από ηλεκτρικά διεγερμένα σωματίδια που πλησιάζουν το σημείο ιονισμού, το οποίο η ερευνητική ομάδα πέτυχε χρησιμοποιώντας λέιζερ.

«Διαπιστώνεται ποσοτική συμφωνία μεταξύ της θεωρίας και των πειραμάτων φωτοηλεκτρονικής φασματοσκοπίας χρονικής διάρκειας», τόνισε η επιστημονική ομάδα. Οι ερευνητές υποστήριξαν ότι κατάφεραν να αποδείξουν ότι η αποκάλυψη των πολύπλοκων συμπεριφορών αυτών των «πακέτων κυμάτων» μπορεί, όχι μόνο να βοηθήσει να χυθεί φως σε διάφορες κβαντικές «ατέλειες», αλλά και ευρύτερα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επίτευξη «χρονομέτρησης χωρίς τεχνάσματα».

Σύμφωνα με τη μελέτη που περιγράφει τα αποτελέσματα της επιστημονικής ομάδας, τα μεμονωμένα «πακέτα κυμάτων» που παρατήρησαν, δημιουργούν το δικό τους μοναδικό «δακτυλικό αποτύπωμα» λόγω του φωτοϊονισμού που υφίστανται, το καθένα από τα οποία εξαρτάται μοναδικά από τον χρόνο. «Αυτά τα "δακτυλικά αποτυπώματα" καθορίζουν πόσος χρόνος έχει περάσει από τότε που σχηματίστηκε το "πακέτο κυμάτων" και παρέχουν τη διαβεβαίωση ότι ο μετρήσιμος χρόνος είναι σωστός» ανέφεραν οι συγγραφείς της έρευνας. Οι επιστήμονες, μάλιστα, παρομοίασαν την προκύπτουσα μοναδική μέθοδο χρονομέτρησης με ένα κβαντικό ρολόι.