Fizikanët zbuluan një mënyrë krejtësisht të re për të matur kohën
storm•/Koha: Përcaktimi i kalimit të kohës në botën tonë të orëve që tik-takin dhe pendulumëve që lëkunden është një rast i thjeshtë i numërimit të sekondave midis ‘atëherë’ dhe ‘tani’.
Megjithatë, në shkallën kuantike të elektroneve që vibrojnë, ‘atëherë’ nuk mund të parashikohet gjithmonë. Edhe më keq, ‘tani’ shpesh mjegullohet në një paqartësi. Një kronometër thjesht nuk funksionon në disa skenarë.
Një zgjidhje e mundshme mund të gjendet në vetë formën e mjegullës kuantike, sipas një studimi të vitit 2022 nga studiues të Universitetit të Uppsala-s në Suedi.
Eksperimentet e tyre mbi natyrën valëzore të diçkaje të quajtur gjendje Rydberg zbuluan një mënyrë të re për të matur kohën që nuk kërkon një pikë fillestare të saktë.
Atomet Rydberg janë si balona të fryra tejet në mbretërinë e grimcave. Fryra me lazer në vend të ajrit, këto atome përmbajnë elektrone në gjendje shumë të larta energjie, që orbitojnë larg bërthamës.
Sigurisht, jo çdo impuls i një lazeri duhet të fryjë një atom deri në përmasa karikaturale. Në fakt, lazerët përdoren rregullisht për të ngritur elektronet në gjendje më të larta energjie për një gamë të gjerë përdorimesh.
Në disa aplikime, një lazer i dytë mund të përdoret për të monitoruar ndryshimet në pozicionin e elektronit, duke përfshirë kalimin e kohës. Këto teknika ‘pump-probe’ mund të përdoren për të matur shpejtësinë e disa elektronikave ultra të shpejta, për shembull.
Induksioni i atomeve në gjendje Rydberg është një truk i dobishëm për inxhinierët, sidomos kur bëhet fjalë për krijimin e komponentëve të rinj për kompjuterët kuantikë. Fizikanët kanë mbledhur një sasi të konsiderueshme informacioni mbi mënyrën se si elektronet lëvizin kur shtyhen në një gjendje Rydberg.
Megjithatë, duke qenë grimca kuantike, lëvizjet e tyre janë më pak si rruaza që rrëshqasin në një abakus dhe më shumë si një mbrëmje në tavolinën e ruletës, ku çdo rrotullim dhe kërcim i topit shtrydhet në një lojë të vetme fati.
Libri matematikor që rregullon këtë lojë të egër të ruletës së elektroneve Rydberg quhet një paketë valësh Rydberg.
Ashtu si valët aktuale, kur ka më shumë se një paketë valësh Rydberg që lëvizin në të njëjtin hapësirë, krijohet interferencë, duke rezultuar në modele unike valësh.
Nëse mjaft paketa valësh Rydberg futen në të njëjtin “liqen” atomik, këto modele unike përfaqësojnë kohën e veçantë që u duhet paketave për t’u zhvilluar në raport me njëra-tjetrën.
Ishin pikërisht këto ‘gjurmë’ të kohës që fizikanët synuan të testonin, duke treguar se ishin të qëndrueshme dhe të besueshme për t’u përdorur si një formë e shënjimit kuantik të kohës.
Hulumtimi i tyre përfshinte matjen e rezultateve të atomeve heliumi të eksituara nga lazeri dhe përputhjen e gjetjeve të tyre me parashikimet teorike për të treguar se si rezultatet e tyre të veçanta mund të përfaqësonin një kohëzgjatje.
“Nëse po përdorni një numërues, duhet të përcaktoni zero. Filloni të numëroni në një moment të caktuar,” shpjegoi Marta Berholts, fizikane nga Universiteti i Uppsala-s, për New Scientist në vitin 2022.
“Avantazhi i kësaj është që nuk keni nevojë të filloni orën – thjesht shikoni strukturën e interferencës dhe thoni ‘në rregull, kanë kaluar 4 nanosekonda.’”
Një udhëzues i paketave valësh Rydberg në zhvillim mund të përdoret së bashku me forma të tjera të spektroskopisë pump-probe që matin ngjarje në një shkallë të vogël, kur ‘tani’ dhe ‘atëherë’ janë më pak të qarta ose thjesht shumë të vështira për t’u matur.
Me rëndësi, asnjë nga këto gjurmë nuk kërkon një ‘atëherë’ dhe ‘tani’ për të shërbyer si pikë fillestare dhe përfundimtare për kohën. Do të ishte si të matnit garën e një sprinteri të panjohur kundër disa konkurrentëve që vrapojnë me shpejtësi të përcaktuara.
Duke kërkuar për gjurmët e interferencës së gjendjeve Rydberg mes një kampioni atomesh pump-probe, teknikët mund të vëzhgojnë një shenjë kohore për ngjarje që zgjasin vetëm 1.7 triliontat e një sekonde.
Eksperimentet e ardhshme të orëve kuantike mund të zëvendësojnë helium-in me atome të tjera, ose të përdorin impulse lazer me energji të ndryshme, për të zgjeruar udhëzuesin e shenjave kohore për t’iu përshtatur një game më të gjerë kushtesh.
