Kvantoscillationer av atomer innehåller en viss uppsättning information. Och om forskare kunde göra noggranna mätningar av dessa svängningar och plotta deras förändringar över tid, skulle de kunna förbättra atomklockans noggrannhet med minst 15 gånger, samt förbättra noggrannheten hos kvantsensorer av atomsystem vars svängningar kan indikera närvaron av mörk materia, gravitationsvåg, eller till och med nya, oväntade fenomen, som vi fortfarande inte vet något om.
Det största hindret i mätningen av de finaste vibrationerna, som står i vägen för forskarna, är "bruset" i vår värld, som täpper till dessa atomvibrationer. Och så lyckades forskare från Massachusetts Institute of Technology avsevärt förstärka kvantförändringar i atomvibrationer genom att skicka partiklar genom två nyckelprocesser: kvantintrassling och tidsomkastning.
MIT-fysiker manipulerade kvantintrasslade atomer på ett sådant sätt att partiklarna betedde sig som om de rörde sig bakåt i tiden. När forskarna effektivt spolade om bandet av atomvibrationer, förstärktes alla förändringar i dessa vibrationer på ett sådant sätt att de lätt kunde mätas. Metoden fick namnet SATIN.
För sin nya studie studerade teamet 400 ultrakalla atomer av ytterbium, en av de två typerna av atomer som används i moderna atomur. De kylde atomerna till strax över absolut noll, temperaturer vid vilka de flesta klassiska effekter som värme försvinner och atomernas beteende enbart bestäms av kvanteffekter.
Också intressant:
- Saab JAS 39 Gripen, som ett alternativ för flygvapnet i Ukraina: vi tar reda på vilken typ av flygplan det är
- James Webb rymdteleskop: 10 mål att observera
Teamet använde ett system av lasrar för att fånga atomerna, och skickade sedan ljus med en blåfärgad "entanglement" som fick atomerna att oscillera i ett korrelerat tillstånd. De tillät de intrasslade atomerna att utvecklas med tiden och exponerade dem sedan för ett litet magnetfält, vilket gjorde en liten kvantförändring, något som förändrade atomernas kollektiva vibrationer.
En sådan förändring skulle vara omöjlig att upptäcka med befintliga mätverktyg. Istället använde teamet tidsreversering för att förstärka denna kvantsignal. För att göra detta använde de en annan laser med en röd nyans, vilket stimulerade upplösningen av atomer, som om de utvecklades i motsatt riktning i tiden. De mätte sedan partiklarnas svängningar när de återvände till sitt intrasslade tillstånd och fann att deras slutfas skilde sig markant från deras initiala fas - tydliga bevis på att en kvantförändring hade inträffat någonstans i deras framåtgående utveckling.
Teamet upprepade detta experiment tusentals gånger med moln på 50 till 400 atomer, varje gång observerade den förväntade förstärkningen av kvantsignalen. Det bekräftade resultaten av de första experimenten. Denna metod skulle göra atomklockan så exakt att den under universums livstid skulle vara mindre än 20 millisekunder efter den aktuella universumtiden.
Du kan hjälpa Ukraina att slåss mot de ryska inkräktarna. Det bästa sättet att göra detta är att donera medel till Ukrainas väpnade styrkor genom Rädda liv eller via den officiella sidan NBU.
Prenumerera på våra sidor i Twitter att Facebook.
Läs också: