Физики научились измерять время без часов

Физики разработали квантовый способ определять, сколько времени прошло, даже если точный момент начала отсчета неизвестен. Метод основан на поведении возбужденных атомов и своеобразных “отпечатках” времени, сообщает El.kz со ссылкой на Physical Review Research.

Разработку представила группа исследователей из Уппсальского университета в Швеции. Научная работа была опубликована еще в 2022 году, однако предложенный принцип заметно отличается от привычного измерения времени часами или секундомером.

Обычные часы требуют точки отсчета: сначала фиксируется начало события, затем измеряется прошедший интервал. В квантовых экспериментах сделать это бывает сложно, поскольку процессы происходят чрезвычайно быстро, а момент их начала не всегда удается определить достаточно точно.

Физики использовали атомы гелия, переведенные лазером в так называемые ридберговские состояния. В таком состоянии электрон получает очень высокую энергию и оказывается значительно дальше от атомного ядра, чем обычно.

Поведение такого электрона описывается с помощью ридберговских волновых пакетов. Когда несколько таких пакетов взаимодействуют, возникает интерференционная картина, структура которой меняется с течением времени.

Исследователи выяснили, что эти картины можно использовать как своеобразные временные метки. Вместо запуска секундомера ученому достаточно сравнить полученный рисунок интерференции с заранее известными состояниями и определить, сколько времени прошло.

Один из авторов исследования Марта Бергольтс объясняла принцип на простом примере: при обычном подсчете необходимо сначала определить нулевую точку. В предложенной системе запускать такой отсчет не требуется – информацию о прошедшем времени содержит сама структура квантового состояния.

Во время экспериментов ученые возбуждали атомы гелия лазером и сравнивали полученные результаты с теоретическими расчетами. Совпадение позволило показать, что интерференционные “отпечатки” действительно могут использоваться для определения временных интервалов.

Метод рассчитан на процессы, происходящие за чрезвычайно короткое время. В исследовании речь идет о возможности различать события длительностью порядка триллионных долей секунды.

Такая технология может пригодиться в экспериментах, где традиционные методы измерения времени работают плохо, в том числе при изучении сверхбыстрой динамики электронов и в квантовой физике.

Авторы также допускают, что подход можно расширить, используя другие атомы и лазерные импульсы с разной энергией. Это позволит создать более широкий набор квантовых временных меток для экспериментов с различными условиями.

Куда исчезает время: почему с возрастом годы пролетают быстрее.