Μια διεθνής ομάδα ερευνητών έχει αναπτύξει ένα θεωρητικό πλαίσιο που επιτρέπει στα παγιδευμένα ατομικά ρολόγια ιόντων να μετρούν την κβαντική υπέρθεση του χρόνου, ένα φαινόμενο στο οποίο διαφορετικές χρονικές ροές συνυπάρχουν ταυτόχρονα σε κβαντική κλίμακα. Το μοντέλο δημιουργήθηκε από επιστήμονες από Universidade του Kyushu, Instituto του Tecnologia Stevens, Universidade του Waterloo, Instituto Nacional του Padrões και Tecnologia, MVM1XVM Universidade του Estocolmo. Η ανακάλυψη ανοίγει το δρόμο για την πειραματική επαλήθευση ενός από τα μεγαλύτερα μυστήρια της σύγχρονης φυσικής: την αλληλεπίδραση μεταξύ της σχετικότητας και της κβαντικής μηχανικής.
Até Τώρα, κανένα πείραμα δεν είχε επιβεβαιώσει την ύπαρξη αυτής της «αλληλεπίδρασης του χρόνου» μεταξύ των δύο πυλώνων της σύγχρονης φυσικής. Οι ερευνητές λένε ότι το επόμενο βήμα περιλαμβάνει την απόδειξη της ιδέας σε εργαστηριακό περιβάλλον, δυνητικά φέρνοντας επανάσταση στην κατανόησή μας για το χρόνο και τη βαρύτητα.
Precisão επαναστατικό σε παγιδευμένα ιόντα
Τα συμβατικά ατομικά Relógios λειτουργούν παρακολουθώντας τη συχνότητα ορισμένων ατόμων, επιτυγχάνοντας πρωτοφανή ακρίβεια στις χρονικές μετρήσεις. Οι πιο προηγμένες διαμορφώσεις παγιδευμένων ιόντων επιδεικνύουν τέτοια εξαιρετική ευαισθησία που μπορούν να ανιχνεύσουν τη χρονική διαστολή που προβλέπεται από το Albert Einstein σε διαφορές ύψους λίγων χιλιοστών.
Η ομάδα πρότεινε μια νέα τεχνική για τον έλεγχο της κίνησης αυτών των ρολογιών, υποδεικνύοντας βελτιώσεις στην ευαισθησία στο κβαντικό αποτέλεσμα 100 έως 1000 φορές σε σύγκριση με προηγούμενες μεθόδους. Ο Joshua Foo, αναπληρωτής καθηγητής του Instituto του Estudos Avançados του Universidade του Kyushu και ένας από τους κύριους συγγραφείς της μελέτης, εξήγησε τον θεμελιώδη μηχανισμό:
- Το Movimento του ατομικού ρολογιού συνυφαίνεται με την εσωτερική του ενέργεια
- Η εμπλοκή προκαλεί το ρολόι να χάσει ανιχνεύσιμες κβαντικές ιδιότητες
- Το σύγχρονο Técnicas μπορεί να καταγράψει αυτές τις αλλαγές με νέα ευαισθησία
- Το πλαίσιο σάς επιτρέπει να ποσοτικοποιείτε διαφορετικές ταυτόχρονες ροές χρόνου
Κβαντικός χρόνος έναντι μακροσκοπικού χρόνου
Στον παρατηρήσιμο κόσμο, ο χρόνος κυλά αναπόφευκτα προς μια μόνο κατεύθυνση. Ο Einstein έδειξε ότι η βαρύτητα και η ταχύτητα μεταβάλλουν τον ρυθμό της χρονικής ροής, αλλά η θεωρία της σχετικότητας υπέθεσε ότι σε μακροσκοπική κλίμακα αυτό το “βέλος του χρόνου” παραμένει σταθερό. Στο κβαντικό σύμπαν, ωστόσο, η πραγματικότητα είναι ριζικά διαφορετική. Ο χρόνος μπορεί να υπάρχει σε υπέρθεση, μια κατάσταση στην οποία συνυπάρχουν πολλαπλές χρονικές ροές την ίδια στιγμή. Η ιδιότητα Essa παρέμεινε θεωρητική, χωρίς πειραματική απόδειξη μέχρι την ανάπτυξη αυτής της δομής.
Ο Foo σχολίασε την προέλευση της έρευνας: “Ανακαλύψαμε ότι η κίνηση του ατομικού ρολογιού μπλέκεται με την εσωτερική του ενέργεια. Η υπογραφή αυτής της εμπλοκής είναι ότι το ίδιο το ρολόι χάνει κάποιες από τις κβαντικές του ιδιότητες, οι οποίες μπορούν να ανιχνευθούν χρησιμοποιώντας σύγχρονες τεχνικές.” Η κατανόηση αυτής της δυναμικής έχει ανοίξει άνευ προηγουμένου δυνατότητες για τη μέτρηση φαινομένων που προηγουμένως θεωρούνταν απρόσιτα.
Caminho για εξερεύνηση της κβαντικής βαρύτητας
Οι πειραματικές δοκιμές Caso επιβεβαιώνουν τη βιωσιμότητα του θεωρητικού μοντέλου, τα ατομικά ρολόγια θα μπορούσαν να γίνουν ερευνητικά εργαλεία για κβαντικά φαινόμενα που προηγουμένως ήταν δύσκολο να μετρηθούν με ακρίβεια. Το Isso περιλαμβάνει θεμελιώδη ερωτήματα όπως η κβαντική φύση του ίδιου του χρόνου και, ενδεχομένως, η βαρύτητα στο κβαντικό καθεστώς.
Ο Foo δήλωσε ότι η ομάδα του αναπτύσσει ένα λεπτομερές πείραμα για να «φέρει το θεωρητικό μοντέλο στην πραγματικότητα». Εάν επιτύχουν, αυτές οι προσπάθειες θα δώσουν νέες προοπτικές που δεν εμφανίζονται στην καθαρά θεωρητική εκδοχή. Ο ερευνητής εξέφρασε επίσης ενδιαφέρον για τη χρήση ατομικών ρολογιών που βασίζονται στο νέο μοντέλο για την ανίχνευση της κβαντικής βαρύτητας, που περιγράφεται ως «το άλλο θεμελιώδες ερώτημα στη φυσική».
Το πλαίσιο καθιερώνει τα ατομικά ρολόγια ως βιώσιμα εργαλεία για την εξερεύνηση διαφορετικών φαινομένων στον κβαντικό κόσμο. Το Além ανοίγει περαιτέρω ένα νέο πειραματικό σύνορο στη θεμελιώδη φυσική και προσφέρει μια βιώσιμη διαδρομή για σημαντικά πιο ακριβή ατομικά ρολόγια επόμενης γενιάς. Οι πρακτικές εφαρμογές περιλαμβάνουν βελτιωμένα συστήματα GPS και δορυφορικής πλοήγησης με ακρίβεια, με δυνατότητα αποκάλυψης κρυφών πτυχών του κβαντικού σύμπαντος.
Implicações για τη θεμελιώδη φυσική
Η έρευνα αντιπροσωπεύει τη σύγκλιση πεδίων που ιστορικά παρέμειναν χωριστά. Το Relatividade και η κβαντική μηχανική, τα δύο πιο επιτυχημένα θεωρητικά πλαίσια στη φυσική, δεν συμβιβάστηκαν ποτέ πλήρως σε πειραματική κλίμακα. Η νέα προσέγγιση Esta προσφέρει μια πιθανή διαδρομή προς αυτή την ενοποίηση, τουλάχιστον στο συγκεκριμένο πλαίσιο της χρονικής μέτρησης.
Οι ερευνητές σημειώνουν ότι η ικανότητα μέτρησης της κβαντικής υπέρθεσης του χρόνου ανοίγει «ένα νέο πειραματικό σύνορο στη θεμελιώδη φυσική». Το Sucesso σε αυτή την προσπάθεια θα μπορούσε να παρέχει κρίσιμα δεδομένα για τη φύση της βαρύτητας, ένα φαινόμενο που παραμένει μυστήριο στο κβαντικό καθεστώς. Το Universidades και ερευνητικά ιδρύματα σε πέντε χώρες συνεργάζονται σε αυτήν την προσπάθεια, αντανακλώντας τη σημασία της εργασίας για την παγκόσμια επιστημονική κοινότητα.
