Zamanı Ölçmenin Yeni Yolu

Saatlerin ve sallanan sarkaçların olduğu bir dünyada zamanın geçişini işaretlemek, “o zaman” ve “şimdi” arasındaki saniyeleri saymanın basit bir örneğidir.

Ancak, vızıldayan elektronların kuantum ölçeğinde, “o zaman” her zaman tahmin edilemez. Daha da kötüsü, ‘şimdi’ genellikle bir belirsizlik sisine dönüşür. İsveç‘teki Uppsala Üniversitesi’nden araştırmacılara göre, kuantum sisinin kendi şeklinde potansiyel bir çözüm bulunabilir.

Rydberg durumu adı verilen bir şeyin dalga benzeri doğası üzerine yaptıkları deneyler, kesin bir başlangıç ​​noktası gerektirmeyen zamanı ölçmek için yeni bir yol ortaya çıkardı.

Rydberg Nedir?

Rydberg atomları, parçacık krallığının aşırı şişirilmiş balonlarıdır. Hava yerine lazerlerle şişirilmiş bu atomlar, çekirdekten uzakta yörüngede dönen son derece yüksek enerji durumlarında elektronlar içerir.

Elbette, bir lazerin her pompasının bir atomu karikatürize oranlarda şişirmesi gerekmez. Aslında lazerler, çeşitli kullanımlar için elektronları daha yüksek enerji durumlarına tetiklemek için rutin olarak kullanılır.

Bazı uygulamalarda, zamanın geçişi de dahil olmak üzere elektronun konumundaki değişiklikleri izlemek için ikinci bir lazer kullanılabilir. Bu ‘pompa-sonda’ teknikleri, örneğin belirli ultra hızlı elektroniklerin hızını ölçmek için kullanılabilir. Atomları Rydberg durumlarına sokmak özellikle de kuantum bilgisayarlara yeni bileşenler tasarlamak için mühendislere göre kullanışlı bir numaradır.

Fizikçiler, bir Rydberg durumuna itildiğinde elektronların hareket etme şekli hakkında önemli miktarda bilgi topladılar. Kuantum hareketleri küçük bir abaküs üzerinde kayan boncuklar gibi olmaktan çok, topun her yuvarlanmasının ve sıçramasının tek bir şans oyununa sıkıştırıldığı rulet masasındaki gibi olduğunu gözlemlediler. Bu çılgın Rydberg elektron rulet oyununun arkasındaki matematiksel kural kitabına Rydberg dalga paketi denir.

Tıpkı bir havuzdaki gerçek dalgalar gibi, bir boşlukta dalgalanan birden fazla Rydberg dalga paketine sahip olmak, girişim yaratır ve benzersiz dalgalanma desenleriyle sonuçlanır. Yeterince Rydberg dalga paketini aynı atom havuzuna atın ve bu benzersiz modellerin her biri, dalga paketlerinin birbirine göre gelişmesi için geçen farklı süreyi temsil edecektir.

Bu son deney setinin arkasındaki fizikçiler, kuantum zaman damgasının bir biçimi olarak hizmet edecek kadar tutarlı ve güvenilir olduklarını göstererek test etmek için yola çıktıkları zamanın bu parmak izleriydi.

Araştırmaları, lazerle uyarılan helyum atomlarının sonuçlarını ölçmeyi ve bulgularını, imza sonuçlarının bir süre boyunca nasıl ayakta kalabileceğini göstermek için teorik tahminlerle eşleştirmeyi içeriyordu.

İsveç‘teki Uppsala Üniversitesi’nden fizikçi Marta Berholts, New Scientist’e “Bir sayaç kullanıyorsanız, sıfırı tanımlamanız gerekir. Bir noktada saymaya başlarsınız” dedi. “Bunun avantajı, saati başlatmanıza gerek olmamasıdır – sadece girişim yapısına bakıp ‘tamam, 4 nanosaniye oldu’ diyorsunuz.”

Gelişen Rydberg dalga paketlerinden oluşan bir rehber kitap, olayları küçük bir ölçekte ölçen diğer pompa-sonda spektroskopisi biçimleriyle birlikte kullanılabilir; bu, bazen daha az net olduğunda veya ölçmek için çok elverişsiz olduğunda gerçekleşebilir.

Daha da önemlisi, parmak izlerinin hiçbiri zamanın başlangıç ​​ve bitiş noktası olarak hizmet etmek için o zaman ve şimdi gerektirmez. Bu, bilinmeyen bir koşucunun belirli hızlarda koşan birkaç yarışmacıya karşı yarışını ölçmek gibi olurdu.

Teknisyenler, bir pompa-sonda atomu örneğinin ortasında müdahale eden Rydberg durumlarının imzasını arayarak, saniyenin sadece 1,7 trilyonda biri kadar kısacık olan olaylar için bir zaman damgası gözlemleyebilirler.

Gelecekteki kuantum izleme deneyleri, helyumu diğer atomlarla değiştirebilir veya hatta zaman damgalarının kılavuz kitabını daha geniş bir koşullar aralığına uyacak şekilde genişletmek için farklı enerjilerin lazer darbesini kullanabilir.