Міжнародна група дослідників розробила теоретичну базу, яка дозволяє захопленим іонним атомним годинникам вимірювати квантову суперпозицію часу, явище, в якому різні часові потоки співіснують одночасно на квантовій шкалі. Модель була створена вченими з Universidade з Kyushu, Instituto з Tecnologia Stevens, Universidade з Waterloo, Instituto Nacional з Padrões і Tecnologia, Universidade Estadual з Colorado і Universidade з Estocolmo. Це відкриття прокладає шлях до експериментальної перевірки однієї з найбільших таємниць сучасної фізики: взаємодії теорії відносності та квантової механіки.
Até Тепер жоден експеримент не підтвердив існування цієї «взаємодії часу» між двома стовпами сучасної фізики. Дослідники кажуть, що наступним кроком буде перевірка концепції в лабораторних умовах, що потенційно революціонізує наше розуміння часу та гравітації.
Precisão революціонер у захоплених іонах
Звичайні атомні Relógios працюють, відстежуючи частоту певних атомів, досягаючи безпрецедентної точності часових вимірювань. Найдосконаліші конфігурації захоплених іонів демонструють настільки надзвичайну чутливість, що вони можуть виявити запізнення часу, передбачене Albert Einstein, на різниці у висоті в кілька міліметрів.
Команда запропонувала нову методику керування ходом цих годинників, яка вказує на покращення чутливості до квантового ефекту в 100-1000 разів порівняно з попередніми методами. Joshua Foo, доцент Instituto з Estudos Avançados з Universidade з Kyushu і один із провідних авторів дослідження, пояснив фундаментальний механізм:
- Movimento атомного годинника переплітається з його внутрішньою енергією
- Заплутаність призводить до того, що годинник втрачає квантові властивості, які можна виявити
- Сучасний Técnicas може реєструвати ці зміни з новою чутливістю
- Фреймворк дозволяє кількісно оцінити різні одночасні потоки часу
Квантовий час проти макроскопічного часу
У спостережуваному світі час невблаганно тече в одному напрямку. Einstein продемонстрував, що гравітація та швидкість змінюють швидкість тимчасового потоку, але його теорія відносності припускала, що в макроскопічному масштабі ця «стріла часу» залишається постійною. Однак у квантовому Всесвіті реальність радикально інша. Час може існувати в суперпозиції, стані, в якому кілька часових потоків співіснують одночасно. Властивість Essa залишалася теоретичною, без експериментального підтвердження до розробки цієї структури.
Foo прокоментував походження дослідження: «Ми виявили, що рух атомного годинника пов’язаний з його внутрішньою енергією. Сигнал цієї заплутаності полягає в тому, що сам годинник втрачає деякі свої квантові властивості, які можна виявити за допомогою сучасних методів». Розуміння цієї динаміки відкрило безпрецедентні можливості для вимірювання явищ, які раніше вважалися недоступними.
Caminho для дослідження квантової гравітації
Експериментальні випробування Caso підтверджують життєздатність теоретичної моделі, атомний годинник може стати інструментом дослідження квантових явищ, які раніше було важко точно виміряти. Isso включає такі фундаментальні питання, як квантова природа самого часу та, потенційно, гравітація в квантовому режимі.
Foo заявив, що його команда розробляє детальний експеримент, щоб «втілити теоретичну модель у реальність». У разі успіху ці зусилля забезпечать нові перспективи, яких немає в суто теоретичній версії. Дослідник також висловив зацікавленість у використанні атомних годинників на основі нової моделі для дослідження квантової гравітації, описаної як «інше фундаментальне питання у фізиці».
Структура встановлює атомний годинник як життєздатний інструмент для дослідження різноманітних явищ у квантовому світі. Além також відкриває новий експериментальний рубіж у фундаментальній фізиці та пропонує життєздатний шлях до значно точніших атомних годинників наступного покоління. Практичні застосування включають високоточні GPS і супутникові навігаційні системи, які можуть виявити приховані аспекти квантового всесвіту.
Implicações для фундаментальної фізики
Дослідження представляє конвергенцію сфер, які історично залишалися окремими. Relatividade і квантова механіка, дві найуспішніші теоретичні основи фізики, ніколи не були повністю узгоджені в експериментальному масштабі. Новий підхід Esta пропонує можливий шлях до цієї уніфікації, принаймні в конкретному контексті вимірювання часу.
Дослідники відзначають, що можливість вимірювати квантову суперпозицію часу відкриває «новий експериментальний рубіж у фундаментальній фізиці». У цій спробі Sucesso міг би надати важливі дані про природу гравітації, явища, яке залишається загадковим у квантовому режимі. Universidades та дослідницькі інститути в п’яти країнах співпрацюють у цій роботі, що відображає важливість роботи для світової наукової спільноти.