Физики из Уппсальского университета разработали метод измерения времени на основе уникальных «отпечатков», формируемых множеством ридберговских атомов. С его помощью можно фиксировать самые краткосрочные процессы.
Традиционный подход к измерению времени основан на сравнении количества единиц времени, которые прошли между двумя заданными моментами во времени, объясняют исследователи. Но на квантовом уровне исходный момент времени зачастую сложно измерить, в такой ситуации традиционный даже чрезвычайно точный секундомер не подойдет.
В своей работе ученые использовали множество ридберговских атомов, чтобы измерять время без начальной точки отсчета. Это водородоподобные атомы и атомы щелочных металлов, у которых внешний электрон находится в высоковозбуждённом состоянии. Они напоминают воздушные шары, которые «надуты» энергией лазера вместо воздуха, объясняют физики.
Такие атомы обладают уникальной характеристикой — волновым пакетом, совокупностью волн, характерной для данного состояния которую можно измерить. Подобно тому, как множество волн в пруду, пересекаясь, создают сложные узоры, несколько волновых пакетов благодаря интерференции формируют уникальный отпечаток.
Исследователи возбуждали несколько атомов гелия с помощью лазера и сопоставляли, получившиеся результаты пересечения волновых пакетов с теоретическими предсказаниями. Серия экспериментов показала, что они достаточно постоянны и надежны, чтобы служить формой квантовой временной метки.
Если вы используете счетчик, вы должны определить ноль. Вы начинаете считать в какой-то момент. Преимущество нового метода заключается в том, что вам не нужно запускать часы — вы просто смотрите на интерференционную структуру и говорите: «Хорошо, прошло 4 нс».
Марта Берхольц, руководитель исследования из Упсальского университета в Швеции в интервью New Scientist
С помощью нового метода ученым удалось измерить время с точностью до 1,7 пикосекунды (триллионной доли секунды).
