Знайдено новий спосіб вимірювання часу

Використання секундоміра, механічного або електронного, що є у кожному мобільному телефоні, є найпростішим способом підрахунку кількості секунд між точками часу «до», «зараз» та «після». Однак, у дивному квантовому світі, що підкоряється принципам невизначеності, точки «після» може не існувати, вона просто розмивається в «тумані ймовірностей». І, звичайно, ніякий секундомір не може виміряти такий невизначений проміжок часу.

Проте відповідне рішення було знайдено вченими з Упсальського університету, Швеція. Вони використовували хвильову природу так званого атома Рідберга як вимірник проміжків часу, що не вимагає точної установки початкової точки відліку.

Атоми Рідберга є атомами традиційних хімічних елементів, роздутими до великих розмірів. Електрони цих атомів збуджуються світлом лазера максимально можливого енергетичного стану і переходять на орбіту з максимальним діаметром. Процес отримання стану Рідберга досить тонкий, при цьому підходить далеко ще не всякий лазер.

Енергія променя лазерного світла має збільшуватися ступінчасто забезпечення переходу електронів на наступний енергетичний рівень. Якщо енергії світла буде недостатньо, то електрон не перейде на наступний рівень, а якщо її буде надто багато, то електрон буде вибитий з атома і стане вільним електроном, а атом перетвориться на іон.

Однак, атоми, поміщені в стан Рідберга, демонструють низку унікальних властивостей, які використовують у своїх цілях розробники квантових систем та пристроїв, що функціонують на екзотичних засадах. Математичні правила, яким підпорядковується поведінка атомів Рідберга, мають загальну назву – хвильовий пакет Рідберга.

Як і звичайні хвилі у світі класичної фізики, хвильові пакети Рідберга є коливаннями, що створюють унікальні інтерференційні шаблони. І якщо направити кілька хвильових пакетів Рідберга в одну «квантову водойму», то шаблони їх коливань складуться, і створену картину можна буде використовувати для вимірювання надкоротких проміжків часу.

В даному випадку вчені використовували атоми гелію, перетворені на атоми Рідберга, а інтерференційна картина фіксувалася спеціальним спектрографом і на ній фіксувалися точки подій, між якими проводився вимір часу.

«При використанні звичайного таймера нам потрібно запустити його в момент початку відліку і зупинити його в кінці» — пишуть науковці, — «У нашому випадку досить лише поглянути на інтерференційну структуру і сказати — добре, між цими двома подіями пройшли 4 наносекунди часу».

Використовуючи такий нетрадиційний метод, шведські вчені змогли виміряти проміжки часу між подіями, тривалістю 1.7 трильйонних часток секунди. А в майбутньому вчені планують спробувати замінити атоми гелію на атоми інших елементів, використовувати лазерні імпульси різних енергій для того, щоб збільшити роздільну здатність вимірювання часу і адаптувати цю технологію для роботи в ширших діапазонах умов навколишнього середовища. Джерело