Учёные обнаружили новый способ измерения времени
В макромире время измеряется как промежуток между двумя чётко определяемыми событиями — например, взмахами маятника. На квантовом уровне всё не так просто, поскольку там начинают работать вероятности и неопределённости. Учёные из Уппсальского университета в Швеции придумали, как использовать для подсчёта времени в квантовом мире свойства самой пространственно-временной пены.
Их эксперименты с волновыми свойствами ридберговского состояния атомов привели к открытию нового способа измерения времени, не требующего точного определения начального момента. Результаты исследования были опубликованы в журнале Physical Review Research.
У ридберговских атомов внешний электрон находится в высоковозбуждённом состоянии (вплоть до уровней n порядка 1000). Для перевода атома из основного в возбуждённое состояние его облучают резонансным лазерным светом или инициируют радиочастотный разряд. Размер ридберговского атома может превышать размер находящегося в основном состоянии того же самого атома почти в 106 раз для n = 1000.
Физики собрали довольно большой объём данных, описывающих движение электронов в ридберговских атомах. Математический аппарат, описывающий это явление, называется ридберговским волновым пакетом. Наложение волн разных пакетов друг на друга приводит к появлению различных рисунков интерференции, а согласованное изменение этих рисунков при приведении разных пакетов в соответствие друг с другом занимает определённое время. Физики решили проверить именно это время, и выяснить, достаточно ли оно определено для того, чтобы использовать его в качестве квантовых часов.
Физик Марта Бергольц из Уппсальского университета пояснила, что при измерении времени при помощи обычного таймера мы начинаем делать это в какой-то определённый момент времени — необходимо определить «нулевой» момент. Преимущество нового метода в том, что «запускать» секундомер не нужно — можно просто посмотреть на структур интерференции, и сказать что-то вроде: ОК, прошло 4 наносекунды.
Описание эволюционирующих ридберговских волновых пакетов можно использовать в сочетании с другими формами спектроскопии методом накачки-зондирования, которые помогают измерить события крошечного временного масштаба, когда их слишком неудобно измерять.
Причём для измерения не требуется определять начальный и конечный моменты времени. Метод похож на измерение скорости неизвестного бегуна, соревнующегося с несколькими соперниками, бегущими с определённой скоростью. Инженеры смогли таким образом наблюдать такие мимолетные события, как процесс длительностью всего в 1,7 триллионных доли секунды.
