Dao động lượng tử của nguyên tử chứa một tập hợp thông tin nhất định. Và nếu các nhà khoa học có thể thực hiện các phép đo chính xác của các dao động này và vẽ biểu đồ thay đổi của chúng theo thời gian, thì họ có thể cải thiện độ chính xác của đồng hồ nguyên tử ít nhất 15 lần, cũng như cải thiện độ chính xác của các cảm biến lượng tử của các hệ nguyên tử mà dao động của chúng có thể biểu thị sự hiện diện của vật chất tối, sóng hấp dẫn, hay thậm chí là những hiện tượng mới, bất ngờ mà chúng ta vẫn chưa biết gì.
Trở ngại chính trong việc đo lường các rung động nhỏ nhất cản trở các nhà khoa học là "tiếng ồn" của thế giới chúng ta, thứ làm tắc nghẽn các rung động nguyên tử này. Và do đó, các nhà khoa học từ Viện Công nghệ Massachusetts đã xoay sở để khuếch đại đáng kể những thay đổi lượng tử trong các dao động nguyên tử bằng cách gửi các hạt qua hai quá trình chính: rối lượng tử và đảo ngược thời gian.
Các nhà vật lý của MIT đã điều khiển các nguyên tử vướng víu lượng tử theo cách sao cho các hạt hành xử như thể chúng đang di chuyển ngược thời gian. Khi các nhà nghiên cứu tua lại cuộn băng rung động nguyên tử một cách hiệu quả, bất kỳ thay đổi nào trong các rung động đó đều được khuếch đại theo cách mà chúng có thể dễ dàng đo được. Phương pháp này được đặt tên là SATIN.
Đối với nghiên cứu mới của họ, nhóm đã nghiên cứu 400 nguyên tử cực lạnh của ytterbium, một trong hai loại nguyên tử được sử dụng trong đồng hồ nguyên tử hiện đại. Họ làm lạnh các nguyên tử xuống ngay trên độ không tuyệt đối, nhiệt độ mà tại đó hầu hết các hiệu ứng cổ điển như nhiệt biến mất và hành vi của các nguyên tử chỉ được xác định bởi các hiệu ứng lượng tử.
Cũng thú vị:
- Saab JAS 39 Gripen, như một lựa chọn cho Không quân Ukraine: chúng tôi tìm hiểu xem nó là loại máy bay nào
- Kính viễn vọng không gian James Webb: 10 mục tiêu cần quan sát
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng một hệ thống laze để bẫy các nguyên tử, sau đó gửi ánh sáng có "sự vướng víu" nhuốm màu xanh khiến các nguyên tử dao động ở trạng thái tương quan. Họ cho phép các nguyên tử bị vướng víu tiến hóa theo thời gian và sau đó cho chúng tiếp xúc với một từ trường nhỏ, từ trường này tạo ra một sự thay đổi lượng tử nhỏ, làm dịch chuyển một chút dao động tập thể của các nguyên tử.
Sự thay đổi như vậy sẽ không thể phát hiện được bằng các công cụ đo lường hiện có. Thay vào đó, nhóm nghiên cứu áp dụng đảo ngược thời gian để khuếch đại tín hiệu lượng tử này. Để làm điều này, họ đã sử dụng một tia laser khác có tông màu đỏ, kích thích sự phân rã của các nguyên tử, như thể chúng đang tiến hóa theo hướng ngược lại với thời gian. Sau đó, họ đo dao động của các hạt khi chúng trở lại trạng thái vướng víu và thấy rằng pha cuối cùng của chúng khác rõ rệt so với pha ban đầu—bằng chứng rõ ràng rằng một sự thay đổi lượng tử đã xảy ra ở đâu đó trong quá trình tiến hóa về phía trước của chúng.
Nhóm đã lặp lại thí nghiệm này hàng nghìn lần với các đám mây có từ 50 đến 400 nguyên tử, mỗi lần quan sát sự khuếch đại dự kiến của tín hiệu lượng tử. Điều đó đã xác nhận kết quả của những thí nghiệm đầu tiên. Phương pháp này sẽ làm cho đồng hồ nguyên tử chính xác đến mức trong suốt thời gian tồn tại của vũ trụ, nó sẽ chậm hơn 20 phần nghìn giây so với thời gian hiện tại của vũ trụ.
Bạn có thể giúp Ukraine chiến đấu chống lại những kẻ xâm lược Nga. Cách tốt nhất để làm điều này là quyên góp quỹ cho Các lực lượng vũ trang của Ukraine thông qua Cuộc sống tiết kiệm hoặc thông qua trang chính thức NBU.
Đăng ký các trang của chúng tôi trong Twitter và Facebook.
Đọc thêm: