原子の量子振動には、特定の情報セットが含まれています。 科学者がこれらの振動を正確に測定し、時間の経過に伴う変化をプロットできれば、原子時計の精度を少なくとも 15 倍向上させることができ、振動が示すことができる原子系の量子センサーの精度を向上させることができます。暗黒物質の存在、重力波、またはまだ何もわかっていない新しい予想外の現象でさえあります。
科学者たちの前に立ちはだかる最も微細な振動の測定における主な障害は、これらの原子の振動を詰まらせる私たちの世界の「ノイズ」です。 そこで、マサチューセッツ工科大学の科学者たちは、量子エンタングルメントと時間反転という つの重要なプロセスを通じて粒子を送ることで、原子振動の量子変化を大幅に増幅することに成功しました。
マサチューセッツ工科大学の物理学者は、粒子が時間を逆行しているかのように振る舞うように、量子もつれ原子を操作しました。 研究者が原子振動のテープを効果的に巻き戻すと、それらの振動の変化が増幅され、簡単に測定できるようになりました。 この方法は SATIN と名付けられました。
彼らの新しい研究のために、チームは、現代の原子時計で使用される400種類の原子のうちのつであるイッテルビウムの個の超低温原子を研究しました。 彼らは、熱などのほとんどの古典的な効果が消え、原子の挙動が量子効果によってのみ決定される温度である、絶対零度より少し上まで原子を冷却しました。
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チームはレーザーのシステムを使用して原子をトラップし、青色がかった「エンタングルメント」を持つ光を送り、原子を相関状態で振動させました。 彼らは、絡み合った原子を時間の経過とともに進化させ、小さな磁場にさらしました。これにより、小さな量子変化が生じ、原子の集団振動がわずかにシフトしました。
このような変化は、既存の測定ツールでは検出できません。 代わりに、チームはこの量子信号を増幅するために時間反転を適用しました。 これを行うために、彼らは赤い色合いの別のレーザーを使用しました。これは、あたかも時間が逆方向に進化しているかのように、原子の分解を刺激しました。 次に、粒子が絡み合った状態に戻る際の振動を測定したところ、粒子の最終段階が初期段階とは著しく異なることがわかりました。これは、前方進化のどこかで量子変化が発生したことを示す明確な証拠です。
チームはこの実験を 50 ～ 400 個の原子の雲で何千回も繰り返し、そのたびに予想される量子信号の増幅を観察しました。 これにより、最初の実験の結果が確認されました。 この方法により、原子時計が非常に正確になり、宇宙の存続期間中、現在の宇宙時間の遅れが 20 ミリ秒未満になります。
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