Международен екип от изследователи е разработил теоретична рамка, която позволява на уловените йонни атомни часовници да измерват квантовата суперпозиция на времето, феномен, при който различни времеви потоци съществуват едновременно в квантов мащаб. Моделът е създаден от учени от Universidade на Kyushu, Instituto на Tecnologia Stevens, Universidade на Waterloo, Instituto Nacional на Padrões и Tecnologia, Universidade Estadual на Colorado и Universidade на Estocolmo. Откритието проправя пътя за експериментална проверка на една от най-големите мистерии на съвременната физика: взаимодействието между относителността и квантовата механика.
Até Сега нито един експеримент не е потвърдил съществуването на това „взаимодействие на времето“ между двата стълба на съвременната физика. Изследователите казват, че следващата стъпка включва доказване на концепцията в лабораторни условия, което потенциално революционизира нашето разбиране за времето и гравитацията.
Precisão революционен в уловените йони
Конвенционалните атомни Relógios работят, като наблюдават честотата на определени атоми, постигайки безпрецедентна прецизност във времевите измервания. Най-модерните конфигурации на уловени йони демонстрират такава изключителна чувствителност, че могат да открият дилатацията на времето, предвидена от Albert Einstein при разлики във височината от няколко милиметра.
Екипът предложи нова техника за контролиране на движението на тези часовници, което показва подобрения в чувствителността към квантовия ефект от 100 до 1000 пъти в сравнение с предишни методи. Joshua Foo, доцент по Instituto на Estudos Avançados на Universidade на Kyushu и един от водещите автори на изследването, обясни основния механизъм:
- Movimento на атомния часовник се преплита с неговата вътрешна енергия
- Заплитането кара часовника да губи откриваеми квантови свойства
- Модерният Técnicas може да регистрира тези промени с нова чувствителност
- Рамката ви позволява да определите количествено различни едновременни времеви потоци
Квантово време срещу макроскопично време
В наблюдавания свят времето тече неумолимо в една посока. Einstein демонстрира, че гравитацията и скоростта променят скоростта на времевия поток, но неговата теория на относителността приема, че в макроскопичен мащаб тази „стрела на времето“ остава постоянна. В квантовата вселена обаче реалността е коренно различна. Времето може да съществува в суперпозиция, състояние, в което множество времеви потоци съществуват едновременно в един и същи момент. Свойството Essa остава теоретично, без експериментално доказателство до разработването на тази структура.
Foo коментира произхода на изследването: „Открихме, че движението на атомния часовник се заплита с неговата вътрешна енергия. Подписът на това заплитане е, че самият часовник губи някои от своите квантови свойства, които могат да бъдат открити с помощта на съвременни техники.“ Разбирането на тази динамика разкри безпрецедентни възможности за измерване на явления, считани преди за недостъпни.
Caminho за изследване на квантовата гравитация
Експерименталните тестове на Caso потвърждават жизнеспособността на теоретичния модел, атомните часовници могат да се превърнат в изследователски инструменти за квантови явления, които преди са били трудни за точно измерване. Isso включва фундаментални въпроси като квантовата природа на самото време и, потенциално, гравитацията в квантовия режим.
Foo заяви, че неговият екип разработва подробен експеримент, за да „приведе теоретичния модел в реалност“. Ако успеят, тези усилия ще осигурят свежи перспективи, които не се появяват в чисто теоретичната версия. Изследователят също така изрази интерес към използването на атомни часовници, базирани на новия модел, за изследване на квантовата гравитация, описана като „другия фундаментален въпрос във физиката“.
Рамката установява атомните часовници като жизнеспособни инструменти за изследване на различни явления в квантовия свят. Além допълнително отваря нова експериментална граница във фундаменталната физика и предлага жизнеспособен път към значително по-точни атомни часовници от следващо поколение. Практическите приложения включват GPS и сателитни навигационни системи с подобрена прецизност, с потенциал да разкрият скрити аспекти на квантовата вселена.
Implicações за фундаментална физика
Изследването представлява сближаване на области, които исторически са останали разделени. Relatividade и квантовата механика, двете най-успешни теоретични рамки във физиката, никога не са били напълно съгласувани в експериментален мащаб. Новият подход на Esta предлага възможен път към това обединение, поне в специфичния контекст на времевото измерване.
Изследователите отбелязват, че способността за измерване на квантовата суперпозиция на времето отваря „нова експериментална граница във фундаменталната физика“. Sucesso в това начинание може да предостави важни данни за природата на гравитацията, феномен, който остава мистериозен в квантовия режим. Universidades и изследователски институти в пет страни си сътрудничат в това усилие, което отразява важността на работата за световната научна общност.