Vedcom sa v novej štúdii publikovanej v žurnále Physical Review Research podarilo prísť s úplne novým spôsobom merania času. Ich kvantové hodiny dokážu určiť čas bez toho, aby ho počítali. Na tému upozornil portál ScienceAlert.

Nový spôsob merania času

Experiment je založený na vlnovej povahe, respektíve stave Rydbergových atómov, pričom ukazuje úplne nový spôsob merania času, ktorý nevyžaduje žiadny presný počiatočný bod.

Rydbergové atómy sú excitované atómy (stav atómu s vyšším energetickým stavom ako je základný energetický stav) s jedným alebo viacerými elektrónmi, ktoré majú veľmi vysoké kvantové číslo.

Tieto atómy sú „nafukované“ lasermi a obsahujú elektróny v extrémne vysokých energetických stavoch, ktoré obiehajú ďaleko od jadra. Čím vyššia je hodnota kvantového čísla, tým je elektrón v priemere ďalej od jadra.

Zatiaľ čo jedným laserom vedci dokážu tieto atómy „nafúknuť“, druhým dokážu sledovať zmeny polohy elektrónu. Ide o tzv. techniku „pump-probe“, čo je najjednoduchšia experimentálna technika používaná na meranie rýchlosti určitých typov ultrarýchlej elektroniky.

Netreba určiť začiatok

Ako upresňuje portál NewScientist, vedci v rámci svojho experimentu vyslali prostredníctvom „pump“ laseru pulz do oblaku atómov hélia, čím zvýšili ich energetickú úroveň. Zároveň boli atómy v tomto oblaku v superpozícii, čo znamená, že boli vo viacerých energetických hladinách súčasne. Okrem toho, tieto energetický hladiny medzi sebou navzájom interagujú a vytvárajú interferenčný vzor, ktorý sa v priebehu času mení.

Následne druhým „probe“ laserom sledovali, respektíve merali účinky prvého laseru. Výskumníci týmto laserom dokázali zmerať interferenčný vzor na 1,7 bilióntiny sekundy presne a porovnali ho s teoretickými predpoveďami, pričom hľadali jedinečný časový úsek, v ktorom sa vzory zhodovali. To im umožnilo presne určiť, ako dlho boli atómy hélia v superpozícii.

Ako objasnil jeden z autorov štúdie Ronny Knut, zatiaľ čo mnohé iné experimenty, ktoré sa snažia upresniť meranie času, sa stávajú čoraz náročnejšími na vykonávanie, tento experiment ukazuje presný opak. Ide totiž v podstate o tú najjednoduchšiu možnú štruktúru, ktorá dokáže určiť čas.

NEPREHLIADNI
Mýlili sme sa, dĺžka sekundy sa musí zmeniť. Vedci už vedia ako na to, stanovili nový rekord

Výhodou tohto experimentu podľa autorov je najmä to, že na rozdiel od ostatných hodín nie je potrebné určiť, kedy boli atómy umiestnené do superpozicie.

„Ak použijete počítadlo, potrebujete definovať nulu a v určitom okamihu začať počítať. Výhodou tohto experimentu je to, že toto nemusíte urobiť. Stačí sa pozrieť na interferenčný štruktúru a povedať si, dobre, prešli 4 nanosekundy“, objasňuje hlavná autorka štúdie, Marta Berholts.

Hoci tento experiment nie je príliš užitočný pri všeobecnom meraní času, je extrémne potrebný pri „pump-probe“ experimentoch, ktoré sa používajú na meranie veľmi malých a rýchlo meniacich sa systémov. Teda napríklad na meranie kvantových interakcií medzi svetlom a hmotou.