Kansainvälinen tutkijaryhmä on kehittänyt teoreettisen viitekehyksen, jonka avulla loukkuun jääneet ioniatomikellot voivat mitata ajan kvantti-superpositiota, ilmiötä, jossa erilaiset ajalliset virrat esiintyvät samanaikaisesti kvanttimittakaavassa. Mallin ovat luoneet tutkijat Universidade:stä Kyushu:stä, Instituto:stä Tecnologia Stevens, Universidade:stä Waterloo, Instituto Nacional:stä Padrões ja Tecnologia:stä, Universidade Estadual:stä ja Universidade Estadual:stä. Universidade/Estocolmo. Löytö tasoittaa tietä kokeellisesti todentaa yksi modernin fysiikan suurimmista mysteereistä: suhteellisuusteorian ja kvanttimekaniikan vuorovaikutus.
Até Mikään koe ei ollut vahvistanut tämän “ajan vuorovaikutuksen” olemassaoloa nykyfysiikan kahden pilarin välillä. Tutkijoiden mukaan seuraava askel on konseptin todistaminen laboratorioympäristössä, mikä saattaa mullistaa käsityksemme ajasta ja painovoimasta.
Precisão vallankumouksellinen loukkuun jääneiden ionien suhteen
Perinteiset atomiset Relógios:t toimivat seuraamalla tiettyjen atomien taajuutta ja saavuttavat ennennäkemättömän tarkkuuden ajallisissa mittauksissa. Edistyneimmät loukkuun jääneet ionikonfiguraatiot osoittavat niin äärimmäistä herkkyyttä, että ne voivat havaita Albert Einstein:n ennustaman aikalaajentumisen muutaman millimetrin korkeuseroilla.
Ryhmä ehdotti uutta tekniikkaa näiden kellojen liikkeen ohjaamiseksi, mikä osoittaa, että herkkyys kvanttivaikutukselle on parantunut 100-1000 kertaa aikaisempiin menetelmiin verrattuna. Joshua Foo, Instituto:n Estudos Avançados:n ja Universidade:n Kyushu:n apulaisprofessori ja yksi tutkimuksen päätekijöistä, selitti perusmekanismin:
- Atomikellon Movimento kietoutuu sisäiseen energiaansa
- Kietoutuminen aiheuttaa sen, että kello menettää havaittavissa olevat kvanttiominaisuudet
- Nykyaikainen Técnicas voi rekisteröidä nämä muutokset uudella herkkyydellä
- Kehyksen avulla voit kvantifioida erilaisia samanaikaisia aikavirtoja
Kvanttiaika vs. makroskooppinen aika
Havaittavassa maailmassa aika virtaa vääjäämättä yhteen suuntaan. Einstein osoitti, että painovoima ja nopeus muuttavat ajallisen virtauksen nopeutta, mutta hänen suhteellisuusteoriansa oletti, että makroskooppisessa mittakaavassa tämä “ajan nuoli” pysyy vakiona. Kvanttiuniversumissa todellisuus on kuitenkin radikaalisti erilainen. Aika voi esiintyä superpositiossa, tilassa, jossa useita ajallisia virtauksia esiintyy rinnakkain samalla hetkellä. Essa-ominaisuus säilyi teoreettisena ilman kokeellista näyttöä tämän rakenteen kehittämiseen asti.
Foo kommentoi tutkimuksen alkuperää: “Huomasimme, että atomikellon liike sotkeutuu sen sisäiseen energiaan. Tämän kietoutumisen tunnusmerkki on, että kello itse menettää osan kvanttiominaisuuksistaan, jotka voidaan havaita nykyaikaisilla tekniikoilla.” Tämän dynamiikan ymmärtäminen on avannut ennennäkemättömät mahdollisuudet mitata ilmiöitä, joita aiemmin pidettiin saavuttamattomina.
Caminho kvanttigravitaation tutkimiseen
Caso-kokeelliset testit vahvistavat teoreettisen mallin toimivuuden, atomikelloista voi tulla tutkimusvälineitä kvanttiilmiöille, joita aiemmin oli vaikea mitata tarkasti. Isso sisältää perustavanlaatuisia kysymyksiä, kuten itse ajan kvanttiluonteesta ja mahdollisesti painovoimasta kvanttijärjestelmässä.
Foo totesi, että hänen tiiminsä kehittää yksityiskohtaista kokeilua “tuodakseen teoreettisen mallin todellisuuteen”. Jos ne onnistuvat, ne tarjoavat uusia näkökulmia, jotka eivät näy puhtaasti teoreettisessa versiossa. Tutkija ilmaisi myös kiinnostuksensa käyttää uuteen malliin perustuvia atomikelloja kvanttipainovoiman tutkimiseen, jota kuvataan “toiseksi fysiikan peruskysymykseksi”.
Puitteet luovat atomikellot käyttökelpoisiksi työkaluiksi kvanttimaailman erilaisten ilmiöiden tutkimiseen. Além avaa edelleen uuden kokeellisen rajan perusfysiikassa ja tarjoaa käyttökelpoisen tien huomattavasti tarkempiin seuraavan sukupolven atomikelloihin. Käytännön sovelluksiin kuuluvat tarkkuudella tehostetut GPS- ja satelliittinavigointijärjestelmät, jotka voivat paljastaa kvanttiuniversumin piilotettuja puolia.
Implicações perusfysiikkaan
Tutkimus edustaa historiallisesti erillään pysyneiden alojen lähentymistä. Relatividade ja kvanttimekaniikka, kaksi menestyneintä fysiikan teoreettista viitekehystä, eivät ole koskaan olleet täysin yhteensovitettuja kokeellisessa mittakaavassa. Esta uusi lähestymistapa tarjoaa mahdollisen polun tähän yhdistämiseen, ainakin ajallisen mittauksen erityisessä kontekstissa.
Tutkijat huomauttavat, että kyky mitata ajan kvantti superpositiota avaa “uuden kokeellisen rajan perusfysiikassa”. Sucesso tässä pyrkimyksessä voisi tarjota ratkaisevaa tietoa painovoiman luonteesta, ilmiöstä, joka pysyy salaperäisenä kvanttijärjestelmässä. Universidades ja viiden maan tutkimuslaitokset tekevät yhteistyötä tässä hankkeessa, mikä kuvastaa työn merkitystä maailmanlaajuiselle tiedeyhteisölle.