إن تحديد مرور الوقت في عالمنا المليء بالساعات التي تدق والبندول المتذبذب هو حالة بسيطة لحساب الثواني بين “آنذاك” و”الآن”.

ومع ذلك، عند المقياس الكمي للإلكترونات الطنانة، لا يمكن دائمًا توقع “ثم”. والأسوأ من ذلك أن كلمة “الآن” غالبًا ما تتحول إلى ضباب من الغموض. ببساطة لن تعمل ساعة الإيقاف في بعض السيناريوهات.

ويمكن إيجاد حل محتمل في شكل الضباب الكمي نفسه، وفقًا لدراسة أجراها باحثون من جامعة أوبسالا في السويد عام 2022.

شاهد الفيديو أدناه للحصول على ملخص لنتائجهم؛

كشفت تجاربهم على الطبيعة الشبيهة بالموجة لشيء يسمى حالة ريدبيرج عن طريقة جديدة لقياس الوقت لا تتطلب نقطة بداية محددة.

متعلق ب: الزمن ثلاثي الأبعاد يمكن أن يحل أكبر مشكلة في الفيزياء، كما تقول دراسة جديدة غريبة

ذرات ريدبرج هي بالونات مملكة الجسيمات المتضخمة بشكل مفرط. تحتوي هذه الذرات، التي يتم نفخها بالليزر بدلًا من الهواء، على إلكترونات في حالات عالية الطاقة للغاية، تدور بعيدًا عن النواة.

وبطبيعة الحال، لا تحتاج كل مضخة ليزر إلى نفخ ذرة إلى أبعاد كرتونية. في الواقع، يتم استخدام الليزر بشكل روتيني لدغدغة الإلكترونات إلى حالات طاقة أعلى لمجموعة متنوعة من الاستخدامات.

وفي بعض التطبيقات، يمكن استخدام ليزر ثانٍ لمراقبة التغيرات في موضع الإلكترون، بما في ذلك مرور الوقت. هؤلاء ‘مسبار المضخةيمكن استخدام التقنيات لقياس سرعة بعض الإلكترونيات فائقة السرعة، على سبيل المثال.

إن تحفيز الذرات في حالات ريدبيرج هو خدعة مفيدة للمهندسين، على الأقل عندما يتعلق الأمر بالتصميم مكونات الرواية ل أجهزة الكمبيوتر الكمومية. وغني عن القول أن الفيزيائيين قد جمعوا قدرًا كبيرًا من المعلومات حول الطريقة التي تتحرك بها الإلكترونات عند دفعها إلى حالة ريدبيرج.

ومع ذلك، كونها حيوانات كمومية، فإن حركاتها لا تشبه الخرزات التي تنزلق على عداد صغير، بل تشبه إلى حد كبير أمسية على طاولة الروليت، حيث يتم ضغط كل لفة أو قفزة للكرة في لعبة حظ واحدة.

يُشار إلى كتاب القواعد الرياضية وراء هذه اللعبة الجامحة لروليت Rydberg الإلكترونية باسم حزمة موجة Rydberg.

تمامًا مثل الموجات الفعلية، فإن وجود أكثر من حزمة موجة Rydberg واحدة تتموج في الفضاء يخلق تداخلًا، مما يؤدي إلى أنماط فريدة من التموجات.

قم برمي ما يكفي من حزم موجات ريدبيرج في نفس البركة الذرية، وسيمثل كل من هذه الأنماط الفريدة الوقت المميز الذي تستغرقه حزم الموجات لتتطور وفقًا لبعضها البعض.

لقد كانت “بصمات” الزمن هذه هي التي شرع الفيزيائيون وراء هذه المجموعة من التجارب في اختبارها، وأظهروا أنها كانت متسقة وموثوقة بما يكفي لتكون بمثابة شكل من أشكال الطابع الزمني الكمي.

تضمن بحثهم قياس نتائج ذرات الهيليوم المثارة بالليزر ومطابقة النتائج التي توصلوا إليها مع التنبؤات النظرية لإظهار كيف يمكن لنتائج توقيعهم أن تظل ثابتة لمدة من الزمن.

وأوضحت الفيزيائية مارتا بيرهولتس من جامعة أوبسالا في السويد، والتي قادت الفريق، لـ “إذا كنت تستخدم عدادًا، فيجب عليك تحديد الصفر. وتبدأ في العد عند نقطة ما”. عالم جديد في عام 2022.

“تكمن فائدة هذا في أنك لست مضطرًا إلى تشغيل الساعة – ما عليك سوى إلقاء نظرة على بنية التداخل والقول “حسنًا، لقد مرت 4 نانو ثانية.””

متعلق ب: العلم الغريب وراء الأضواء الشبحية التي طاردتنا لعدة قرون

يمكن استخدام دليل لحزم موجة ريدبيرج المتطورة مع أشكال أخرى من التحليل الطيفي لمسبار المضخة الذي يقيس الأحداث على نطاق صغير، عندما تكون بين الحين والآخر أقل وضوحًا، أو ببساطة غير مريح للغاية للقياس.

والأهم من ذلك، أن أيًا من بصمات الأصابع لا تتطلب وجود “آن” و”آن” لتكون بمثابة نقطة بداية وتوقف للوقت. سيكون الأمر مثل قياس سباق عداء غير معروف ضد عدد من المنافسين الذين يركضون بسرعات محددة.

من خلال البحث عن توقيع حالات ريدبيرج المتداخلة وسط عينة من ذرات مسبار المضخة، يمكن للفنيين ملاحظة طابع زمني لأحداث عابرة تصل إلى 1.7 جزء من تريليون من الثانية فقط.

يمكن لتجارب الساعات الكمومية المستقبلية استبدال الهيليوم بذرات أخرى، أو حتى استخدام نبضات ليزر ذات طاقات مختلفة، لتوسيع دليل الطوابع الزمنية ليناسب نطاقًا أوسع من الظروف.

وقد نشر هذا البحث في أبحاث المراجعة البدنية.

نُشرت نسخة سابقة من هذه المقالة في أكتوبر 2022.