Shkencëtarët gjetën një mënyrë krejtësisht të re për të matur kohën

Përcaktimi i kalimit të kohës në botën tonë të orëve të rrahura dhe lavjerrësve lëkundëse është një rast i thjeshtë i numërimit të sekondave midis ‘atëherë’ dhe ‘tani’.

Megjithatë, në shkallën kuantike të elektroneve që gumëzhinin, “atëherë” nuk mund të parashikohet gjithmonë. Më keq akoma, ‘tani’ shpesh turbullohet në një mjegull paqartësie. Një kronometër thjesht nuk do të funksionojë për disa skenarë.

Një zgjidhje e mundshme mund të gjendet në formën e vetë mjegullës kuantike, sipas një studimi të vitit 2022 nga studiuesit nga Universiteti Uppsala në Suedi.

Eksperimentet e tyre mbi natyrën e ngjashme me valën e diçkaje të quajtur gjendje Rydberg zbuluan një mënyrë të re për të matur kohën që nuk kërkon një pikë fillestare të saktë.

Atomet e Rydberg janë balonat e fryrë të tepërt të mbretërisë së grimcave. Të fryrë me lazer në vend të ajrit, këto atome përmbajnë elektrone në gjendje jashtëzakonisht të lartë të energjisë, që orbitojnë larg bërthamës.

Sigurisht, jo çdo pompë e një lazeri duhet të fryjë një atom deri në përmasa vizatimore. Në fakt, lazerët përdoren në mënyrë rutinore për të gudulisur elektronet në gjendje më të larta të energjisë për një sërë përdorimesh.

Në disa aplikacione, një lazer i dytë mund të përdoret për të monitoruar ndryshimet në pozicionin e elektronit, duke përfshirë kalimin e kohës. Këto teknika ‘pompë-sondë’ mund të përdoren për të matur shpejtësinë e elektronikës së caktuar ultra të shpejtë, për shembull.

Induktimi i atomeve në gjendjet Rydberg është një truk i dobishëm për inxhinierët, jo më pak kur bëhet fjalë për dizajnimin e komponentëve të rinj për kompjuterët kuantikë. Eshtë e panevojshme të thuhet se fizikantët kanë grumbulluar një sasi të konsiderueshme informacioni rreth mënyrës se si elektronet lëvizin kur shtyhen në një gjendje Rydberg.

Megjithatë, duke qenë kafshë kuantike, lëvizjet e tyre janë më pak si rruaza që rrëshqasin në një numërator të vogël, dhe më shumë si një mbrëmje në tryezën e ruletit, ku çdo rrotullim dhe kërcim i topit shtrydhet në një lojë të vetme fati.

Libri i rregullave matematikore pas kësaj loje të egër të ruletës elektronike Rydberg quhet një paketë valësh Rydberg.

Ashtu si valët aktuale, të kesh më shumë se një paketë valësh Rydberg që valëviten në një hapësirë krijon ndërhyrje, duke rezultuar në modele unike valëzimesh. Hidhni mjaft paketa valësh Rydberg në të njëjtin pellg atomik dhe ato modele unike do të përfaqësojnë secilin kohën e veçantë që duhet që paketat e valëve të evoluojnë në përputhje me njëra-tjetrën.

Ishin pikërisht këto ‘gjurmë gishtash’ të kohës që fizikanët pas këtij grupi eksperimentesh u nisën për të testuar, duke treguar se ato ishin mjaft të qëndrueshme dhe të besueshme për të shërbyer si një formë e stampimit kuantik të kohës.

Hulumtimi i tyre përfshinte matjen e rezultateve të atomeve të heliumit të ngacmuar me lazer dhe përputhjen e gjetjeve të tyre me parashikimet teorike për të treguar se si rezultatet e tyre të nënshkrimit mund të qëndrojnë për një kohëzgjatje.

“Nëse jeni duke përdorur një numërues, duhet të përcaktoni zeron. Ju filloni të numëroni në një moment,” shpjegoi fizikantja Marta Berholts nga Universiteti i Uppsala në Suedi, e cila drejtoi ekipin, për New Scientist në 2022.

“Përfitimi i kësaj është se ju nuk keni nevojë të filloni orën – thjesht shikoni strukturën e ndërhyrjes dhe thoni ‘në rregull, kanë kaluar 4 nanosekonda’.”

Një libër udhëzues i paketave të valëve Rydberg në zhvillim mund të përdoret në kombinim me forma të tjera të spektroskopisë së sondës së pompës që matin ngjarjet në një shkallë të vogël, kur herë pas here janë më pak të qarta, ose thjesht shumë të papërshtatshme për t’u matur.

E rëndësishmja, asnjë nga gjurmët e gishtërinjve nuk kërkon një atëherë dhe tani për të shërbyer si pikënisje dhe ndalimi për kohën. Do të ishte si të matësh garën e një sprinteri të panjohur kundër një numri konkurrentësh që vrapojnë me shpejtësi të caktuar.

Duke kërkuar për nënshkrimin e shteteve ndërhyrëse të Rydberg mes një kampioni atomesh të sondës së pompës, teknikët mund të vëzhgonin një vulë kohore për ngjarje të shkurtra sa vetëm 1.7 triliontët e sekondës.

Eksperimentet e ardhshme të orës kuantike mund të zëvendësojnë heliumin me atome të tjera, apo edhe të përdorin impulse lazer me energji të ndryshme, për të zgjeruar udhëzuesin e vulave kohore për t’iu përshtatur një gamë më të gjerë kushtesh.