Kwantumoscillaties van atomen bevatten een bepaalde set informatie. En als wetenschappers deze oscillaties nauwkeurig kunnen meten en hun veranderingen in de tijd kunnen plotten, dan zouden ze de nauwkeurigheid van de atoomklok met minstens 15 keer kunnen verbeteren, evenals de nauwkeurigheid van kwantumsensoren van systemen van atomen waarvan de oscillaties kunnen aangeven de aanwezigheid van donkere materie, zwaartekrachtgolven, of zelfs nieuwe, onverwachte fenomenen, waarover we nog niets weten.
Het belangrijkste obstakel bij het meten van de fijnste trillingen, dat wetenschappers in de weg staat, is de "ruis" van onze wereld, die deze atomaire trillingen verstopt. En dus slaagden wetenschappers van het Massachusetts Institute of Technology erin om kwantumveranderingen in atomaire trillingen aanzienlijk te versterken door deeltjes door twee belangrijke processen te sturen: kwantumverstrengeling en tijdomkering.
Natuurkundigen van MIT manipuleerden kwantumverstrengelde atomen op zo'n manier dat de deeltjes zich gedroegen alsof ze achteruit in de tijd bewogen. Omdat de onderzoekers de band van atomaire trillingen effectief terugspoelden, werden eventuele veranderingen in die trillingen op zo'n manier versterkt dat ze gemakkelijk konden worden gemeten. De methode kreeg de naam SATIN.
Voor hun nieuwe studie bestudeerde het team 400 ultrakoude atomen van ytterbium, een van de twee soorten atomen die in moderne atoomklokken worden gebruikt. Ze koelden de atomen af tot net boven het absolute nulpunt, temperaturen waarbij de meeste klassieke effecten zoals warmte verdwijnen en het gedrag van atomen uitsluitend wordt bepaald door kwantumeffecten.
Ook interessant:
- Saab JAS 39 Gripen, als optie voor de luchtmacht van Oekraïne: we zoeken uit wat voor soort vliegtuig het is
- James Webb Space Telescope: 10 doelen om te observeren
Het team gebruikte een systeem van lasers om de atomen te vangen en stuurde vervolgens licht met een blauw getinte "verstrengeling" waardoor de atomen in een gecorreleerde toestand oscilleerden. Ze lieten de verstrengelde atomen in de tijd evolueren en stelden ze vervolgens bloot aan een klein magnetisch veld, dat een kleine kwantumverandering veroorzaakte, waardoor de collectieve trillingen van de atomen enigszins verschoven.
Een dergelijke verschuiving zou met bestaande meetinstrumenten onmogelijk te detecteren zijn. In plaats daarvan paste het team tijdomkering toe om dit kwantumsignaal te versterken. Hiervoor gebruikten ze een andere laser met een rode tint, die het ontrafelen van atomen stimuleerde, alsof ze in de tijd in omgekeerde richting evolueerden. Vervolgens maten ze de oscillaties van de deeltjes terwijl ze terugkeerden naar hun verstrengelde toestand en ontdekten dat hun laatste fase aanzienlijk verschilde van hun beginfase - duidelijk bewijs dat er ergens in hun voorwaartse evolutie een kwantumverandering had plaatsgevonden.
Het team herhaalde dit experiment duizenden keren met wolken van 50 tot 400 atomen, waarbij ze telkens de verwachte versterking van het kwantumsignaal observeerden. Dat bevestigde de resultaten van de eerste experimenten. Deze methode zou de atoomklok zo nauwkeurig maken dat hij gedurende de levensduur van het heelal minder dan 20 milliseconden achter zou lopen op de huidige heelaltijd.
U kunt Oekraïne helpen vechten tegen de Russische indringers. De beste manier om dit te doen is door geld te doneren aan de strijdkrachten van Oekraïne via Red het leven of via de officiële pagina NBU.
Abonneer u op onze pagina's in Twitter dat Facebook.
Lees ook: