Квантові коливання атомів містять певний набір інформації. І якщо б вченим вдалось би зробити точні вимірювання цих коливань і побудувати графіки їх змін у часі, тоді вони зможуть покращити точність атомного годинника як мінімум у 15 разів, а також підвищити точність квантових датчиків систем атомів, коливання яких можуть вказувати на присутність темної матерії, гравітаційної хвилі, або навіть нові, несподіваних явищ, про які ми ще нічого не знаємо.
Основною перешкодою у вимірі найтонших коливань, яка стоїть на шляху у вчених, є «шум» нашого світу, який забиває ці атомні вібрації. І ось вченим з Массачусетського технологічного інституту вдалося значно посилити квантові зміни в атомних вібраціях, запустивши частинки через два ключові процеси: квантову заплутаність та інверсію часу.
Фізики МТІ маніпулювали квантово заплутаними атомами таким чином, що частинки поводилися так, ніби вони розвивалися у зворотному напрямку в часі. У міру того, як дослідники ефективно перемотували стрічку атомних коливань, будь-які зміни в цих коливаннях посилювалися таким чином, що їх можна було легко виміряти. Метод отримав назву SATIN.
Для свого нового дослідження команда вивчила 400 ультрахолодних атомів ітербію, одного з двох типів атомів, що використовуються в сучасному атомному годиннику. Вони охолодили атоми трохи вище за абсолютного нуля, при температурах, при яких більшість класичних ефектів, таких як тепло, зникають, а поведінка атомів визначається виключно квантовими ефектами.
Також цікаво:
- Saab JAS 39 Gripen, як варіант для ВПС України: з’ясовуємо, що це за літак
- Космічний телескоп Джеймса Вебба: 10 цілей для спостереження
Команда використовувала систему лазерів для захоплення атомів, а потім надсилала світло з блакитним відтінком, що «заплутує», яке змушувало атоми коливатися в корельованому стані. Вони дозволили заплутаним атомам еволюціонувати в часі, а потім піддали їх впливу невеликого магнітного поля, яке внесло невелику квантову зміну, трохи змістивши колективні коливання атомів.
Таке зрушення було б неможливо виявити за допомогою існуючих інструментів вимірювання. Натомість команда застосувала інверсію часу, щоб посилити цей квантовий сигнал. Для цього вони використовували ще один лазер із червоним відтінком, який стимулював розплутування атомів, начебто вони розвивалися у зворотному напрямку у часі. Потім вони виміряли коливання частинок у міру того, як вони поверталися у свій розплутаний стан, і виявили, що їхня кінцева фаза помітно відрізнялася від їхньої початкової фази — явне свідчення того, що десь у їхній прямій еволюції відбулася квантова зміна.
Команда повторила цей експеримент тисячі разів із хмарами від 50 до 400 атомів, щоразу спостерігаючи очікуване посилення квантового сигналу. Що підтвердило результати перших дослідів. Цей метод зробить атомний годинник настільки точним, що за весь вік Всесвіту він буде відставати менш ніж на 20 мілісекунд від поточного часу Всесвіту.
Ви можете допомогти Україні боротися з російськими окупантами. Найкращий спосіб зробити це – пожертвувати кошти Збройним Силам України через Savelife або через офіційну сторінку НБУ.
Підписуйтесь на наші сторінки в Twitter та Facebook.
Читайте також: