Tıklayan saatler ve salınan sarkaçlar dünyamızda zamanın geçişini belirlemek, ‘o zaman’ ile ‘şimdi’ arasındaki saniyeleri saymanın basit bir durumudur.
Bununla birlikte, vızıldayan elektronların kuantum ölçeğinde, ‘o zaman’ her zaman tahmin edilemez. Daha da kötüsü, ‘şimdi’ çoğu zaman bir muğlaklık pusuyla bulanıklaşır. Bir kronometre, bazı senaryolar için çalışmaz.
İsveç’teki Uppsala Üniversitesi’nden araştırmacılar tarafından 2022’de yapılan bir araştırmaya göre, kuantum sisinin kendi biçiminde potansiyel bir çözüm bulunabilir.
Rydberg durumu denen bir şeyin dalga benzeri doğası üzerine yaptıkları deneyler, zamanı ölçmek için kesin bir başlangıç noktası gerektirmeyen yeni bir yol ortaya çıkardı.
Rydberg atomları parçacık krallığının aşırı şişirilmiş balonlarıdır. Hava yerine lazerlerle şişirilen bu atomlar, çekirdekten uzakta yörüngede dönen son derece yüksek enerji durumlarında elektronlar içerir.
Tabii ki, bir lazerin her pompasının bir atomu karikatürize oranlarda şişirmesi gerekmez. Aslında lazerler, çeşitli kullanımlar için elektronları daha yüksek enerji durumlarına gıdıklamak için rutin olarak kullanılır.
Bazı uygulamalarda, zamanın geçişi de dahil olmak üzere elektronun konumundaki değişiklikleri izlemek için ikinci bir lazer kullanılabilir. Bunlar ‘pompa probu‘ teknikleri, örneğin bazı ultra hızlı elektroniklerin hızını ölçmek için kullanılabilir.
Atomları Rydberg durumlarına indüklemek, özellikle kuantum bilgisayarları için yeni bileşenler tasarlamak söz konusu olduğunda, mühendisler için kullanışlı bir numaradır. Söylemeye gerek yok, fizikçiler elektronların bir Rydberg durumuna itildiklerinde nasıl hareket ettikleri hakkında önemli miktarda bilgi topladılar.
Kuantum hayvanlar olduklarından, hareketleri küçük bir abaküs üzerinde kayan boncuklardan çok, topun her yuvarlanmasının ve zıplamasının tek bir şans oyununa sıkıştırıldığı rulet masasında bir akşam gibidir.
Rydberg elektron ruletinin bu vahşi oyununun arkasındaki matematiksel kural kitabına Rydberg dalga paketi denir.
Tıpkı gerçek dalgalar gibi, bir boşlukta dalgalanan birden fazla Rydberg dalga paketine sahip olmak, girişim yaratır ve benzersiz dalgalanma desenleriyle sonuçlanır. Aynı atomik gölete yeterince Rydberg dalga paketi atın ve bu benzersiz modellerin her biri, dalga paketlerinin birbirine göre gelişmesi için geçen farklı süreyi temsil edecektir.
Bu deney setinin arkasındaki fizikçiler, bir kuantum zaman damgası biçimi olarak hizmet edecek kadar tutarlı ve güvenilir olduklarını göstererek, test etmeye koyuldukları, zamanın tam da bu “parmak izleri”ydi.
Araştırmaları, lazer uyarımlı helyum atomlarının sonuçlarını ölçmeyi ve imza sonuçlarının bir süre nasıl geçerli olabileceğini göstermek için bulgularını teorik tahminlerle eşleştirmeyi içeriyordu.
İsveç’teki Uppsala Üniversitesi’nden ekibe liderlik eden fizikçi Marta Berholts, “Bir sayaç kullanıyorsanız, sıfırı tanımlamanız gerekir. Bir noktada saymaya başlarsınız.” Yeni Bilim İnsanı 2022’de
“Bunun avantajı, saati başlatmanız gerekmemesidir – sadece girişim yapısına bakıp ‘tamam, 4 nanosaniye oldu’ dersiniz.”
Gelişen Rydberg dalga paketlerine ilişkin bir kılavuz kitap, olayları küçük ölçekte ölçen diğer pompa-sonda spektroskopisi biçimleriyle birlikte, ara sıra daha az net olduğunda veya ölçülmesi çok elverişsiz olduğunda kullanılabilir.
Daha da önemlisi, parmak izlerinin hiçbiri zamanın başlangıç ve bitiş noktası olarak hizmet etmesi için bir o zaman ve şimdi gerektirmez. Bilinmeyen bir sprinterin belirli hızlarda koşan bir dizi yarışmacıya karşı yarışını ölçmek gibi olurdu.
Teknisyenler, bir pompa-sonda atomu örneğinin ortasında karışan Rydberg durumlarının imzasını arayarak, saniyenin yalnızca 1,7 trilyonda biri kadar kısacık olaylar için bir zaman damgası gözlemleyebilirler.
Gelecekteki kuantum saati deneyleri, helyumu diğer atomlarla değiştirebilir veya hatta zaman damgaları kılavuzunu daha geniş bir koşul yelpazesine uyacak şekilde genişletmek için farklı enerjilere sahip lazer darbeleri kullanabilir.
Bu araştırma yayınlandı Fiziksel İnceleme Araştırması.
Bu makalenin önceki bir sürümü ilk olarak Ekim 2022’de yayınlandı.
Kaynak : https://www.sciencealert.com/scientists-found-an-entirely-new-way-of-measuring-time