Eksperimenti i orëve atomike zbulon zgjerimin e kohës në shkallën më të vogël

Në teorinë e tij të relativitetit të përgjithshëm, Ajnshtajni parashikoi diçka të quajtur zgjerimi i kohës: nocioni që dy orë nën dy tërheqje të ndryshme gravitacionale do të shënojnë gjithmonë me shpejtësi të ndryshme.

Efekti është vërejtur në shumë eksperimente që atëherë, por tani shkencëtarët e kanë regjistruar atë në shkallën më të vogël të parë deri më tani.

Rezultati u arrit duke përdorur orët atomike ultra precize vetëm një milimetër (0,04 inç) larg njëra-tjetrës – rreth gjerësia e një maje lapsi të mprehtë. Mbledhja e 90 orësh të dhënash i dha ekipit një lexim që ishte 50 herë më i saktë se çdo matje e mëparshme e ngjashme.

Dhe sigurisht sa më e vogël dhe më e saktë të jetë shkalla, aq më shumë ne mbështetemi te mekanika kuantike për të shpjeguar se çfarë po ndodh. Studiuesit shpresojnë që leximet e tyre të reja të hapin një mënyrë për të mësuar më shumë rreth asaj se si lakimi i hapësirës – atë që ne e përjetojmë si gravitet – ndikon në karakteristikat e grimcave sipas fizikës kuantike.

“Rezultati më i rëndësishëm dhe emocionues është se ne mund të lidhim fizikën kuantike me gravitetin, për shembull, duke hetuar fizikën komplekse kur grimcat shpërndahen në vende të ndryshme në hapësirën-kohë të lakuar,” thotë fizikani Jun Ye nga Universiteti i Kolorados Boulder.

Në këtë eksperiment, studiuesit përdorën atë që njihet si një rrjetë optike, një rrjet drite lazer që përdoret për të kapur atomet në vend, në mënyrë që ata të mund të vëzhgohen. Është një teknikë e përdorur për gjeneratën e fundit të orëve atomike, duke ofruar më shumë saktësi në matjen e kohës përmes valëve të dritës lazer, dhe këto rrjeta mund të përdoren edhe për simulime kuantike.

Këtu, dy leximet e orës atomike janë marrë nga e njëjta re atomesh, në një gjendje energjie shumë të kontrolluar. Në fakt, atomet u takuan midis dy niveleve të energjisë në sinkronizim të përsosur për 37 sekonda, një rekord për sa i përket koherencës kuantike (d.m.th., mbajtjes së gjendjeve kuantike të qëndrueshme) – dhe se stabiliteti është thelbësor për këto matje.

Kjo u mundësoi shkencëtarëve të merrnin leximet e tyre në dy pika të veçanta, duke matur zhvendosjen e kuqe në renë e rreth 100,000 atomeve të stronciumit ultra të ftohtë. Zhvendosja e kuqe tregon ndryshimin në frekuencën e rrezatimit të atomeve përgjatë spektrit elektromagnetik – ose me fjalë të tjera, sa shpejt po troket ora atomike.

Ndërsa ndryshimi në zhvendosjen e kuqe në këtë distancë të vogël ishte vetëm 0.00000000000000000001 ose më shumë, kjo është në përputhje me parashikimet e bëra nga relativiteti i përgjithshëm. Këto dallime mund të bëjnë një ndryshim kur dilni në shkallën e të gjithë Universit, apo edhe kur keni të bëni me sisteme që duhet të jenë jashtëzakonisht të sakta, siç është navigimi GPS.

“Kjo është një lojë krejtësisht e re me top, një regjim i ri ku mund të eksplorohet mekanika kuantike në hapësirë-kohë të lakuar,” thotë Ye.

“Nëse do të mund të matim zhvendosjen e kuqe 10 herë edhe më mirë se kjo, do të jemi në gjendje të shohim valët e të gjithë materies së atomeve përgjatë lakimit të hapësirës-kohës. Të qenit në gjendje të matim diferencën kohore në një shkallë të tillë minutë mund të na mundësojë të zbuloni, për shembull, se graviteti prish koherencën kuantike, e cila mund të jetë në fund të arsyes pse bota jonë në shkallë makro është klasike.”

Një pjesë e asaj që e bën këtë hulumtim të zgjerimit të kohës kaq emocionues është se ai tregon rrugën drejt orëve atomike që janë edhe më të sakta në të ardhmen, duke u dhënë shkencëtarëve një plan që mund të rafinohet për të marrë matje në shkallë gjithnjë e më të vogla.