Στον καθημερινό μας κόσμο, ο χρόνος μετριέται εύκολα με δευτερόλεπτα και ρολόγια, όμως στον τομέα της κβαντικής φυσικής, όπου η αβεβαιότητα κυριαρχεί, τα έννοιες του «πριν» και του «μετά» δεν είναι πάντα αναγνωρίσιμες. Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Ουψάλα στη Σουηδία έχουν αναπτύξει μια καινοτόμο μέθοδο μέτρησης του χρόνου χωρίς την ανάγκη ενός σημείου εκκίνησης.
Rydberg κύματα ως σφραγίδες χρόνου
Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο Physical Review Research, επικεντρώθηκε σε μια ειδική κατάσταση ατόμων, γνωστή ως κατάσταση Rydberg, όπου τα ηλεκτρόνια κατέχουν υψηλές ενεργειακές στάθμες και απομακρύνονται από τον πυρήνα.
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν λέιζερ για να διεγείρουν τα ηλεκτρόνια του ήλιου, οδηγώντας τα σε Rydberg καταστάσεις. Αντί να μετρούν το χρόνο με ρολόγια ή παλμούς, παρατήρησαν τις παρεμβολές των Rydberg κυματοδεμάτων. Κάθε κυματοδέμα αντιπροσωπεύει ένα κύμα, και όταν αλληλεπιδρούν, δημιουργούν μοναδικά μοτίβα – σχεδόν «δακτυλικά αποτυπώματα» του χρόνου που έχει παρέλθει.
Χωρίς αρχικό σημείο
«Σε μια παραδοσιακή μέτρηση, πρέπει να ορίσεις το σημείο μηδέν», εξηγεί η φυσικός Μάρτα Μπέρχολτς, επικεφαλής της έρευνας. «Εδώ το πλεονέκτημα είναι ότι δεν χρειάζεται να ξεκινήσεις το ρολόι – απλώς αναλύεις τη δομή παρεμβολών και λέγεις, “έχει περάσει 4 νανοδευτερόλεπτα”.»
Αυτή η προσέγγιση επιτρέπει τη μέτρηση γεγονότων διάρκειας μόλις 1,7 τρισεκατομμυριοστά του δευτερολέπτου, χωρίς να είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε πότε ξεκίνησαν. Είναι σαν να αξιολογούμε την απόδοση ενός δρομέα συγκρίνοντας τον με άλλους που τρέχουν με σταθερή ταχύτητα.
Η έρευνα περιλάμβανε την καταγραφή των αποτελεσμάτων από τα διεγερμένα με λέιζερ άτομα ήλιου και τη διασύνδεση των ευρημάτων με θεωρητικές προβλέψεις, προκειμένου να αποδείξουν πώς αυτές οι υπογραφές μπορούν να διατηρηθούν σε διάστημα χρόνου.
Μια προσεγμένη κατεύθυνση για τα Rydberg κυματοδέματα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε συνδυασμό με άλλες φασματικές μεθόδους ανίχνευσης, για τη μέτρηση γεγονότων μικρής κλίμακας, όπου οι χρονικές συνθήκες είναι λιγότερο σαφείς ή δύσκολες να αποτυπωθούν.
Μια νέα εποχή στην ακριβή χρονομέτρηση
Οι πιθανές εφαρμογές είναι πολλές, ιδίως σε πειράματα κβαντικής φυσικής και ταχύτατης ηλεκτρονικής. Οι ερευνητές ελπίζουν να επεκτείνουν αυτή τη μέθοδο και σε άλλα άτομα εκτός του ήλιου ή να χρησιμοποιήσουν λέιζερ διαφορετικής ενέργειας, δημιουργώντας έτσι μια ευρύτερη «βιβλιοθήκη χρονικών αποτυπωμάτων».
Σε έναν κόσμο όπου οι παραδοσιακές μέθοδοι χρονομέτρησης ενδέχεται να μην είναι επαρκείς, τα ηλεκτρονικά κυματοδέματα δείχνουν πως, ακόμη και μέσα στην αβεβαιότητα του κβαντικού χάους, μπορούμε να μετρήσουμε το χρόνο – όχι μέσω παλμών, αλλά ερμηνεύοντας τα μοτίβα του φωτός.
Πηγή: FOXreport.gr
