Ceasurile atomice si inversarea timpului cuantic

Lumea cuantica contine, in esenta, o multitudine de fenomene interesante. Un astfel de fenomen se refera la oscilatiile de la nivelul atomilor care formeaza baza pentru crearea dispozitivelor cuantice precum ceasurile atomice si senzorii.

Elementele care sunt folosite in ceasurile atomice moderne contin iterbiu si cesiu, printre altele. O parte semnificativa a progreselor in cercetarea contemporana a acestor ceasuri se datoreaza in principal utilizarii lor in anumite scenarii precum materia intunecata si detectarea undelor gravitationale.

Datorita naturii subtile a acestor evenimente fizice, uneori chiar si zgomotul nedorit din mediul inconjurator poate provoca distorsiuni ale semnalului si poate avea un impact negativ asupra rezultatelor.

Pentru a depasi aceasta provocare majora, fizicienii de la Massachusetts Institute of Technology (MIT) au venit cu o propunere viabila, si anume sa foloseasca o combinatie a doua fenomene cheie: intercorelarea cuantica si inversarea timpului.

Aceasta strategie ar trebui sa ajute la amplificarea schimbarilor de nivel microscopic in oscilatiile atomice si astfel sa combata problema asociata.

Este important sa subliniem aici si sa atragem atentia asupra faptului ca inversarea timpului nu inseamna gasirea unei modalitati de a ne intoarce in timp.

Inversarea timpului este practic o operatie matematica pentru a descrie orice eveniment de timp in care cauzalitatea sa a fost inversata. Cu alte cuvinte, toate miscarile asociate cu acel eveniment sunt inversate.

Ceasurile atomice pot fi mult mai precise

Astfel, cercetatorii de la MIT au lucrat cu atomi intercorelati, in asa fel incat comportamentul particulelor sa fie asemanator cu evolutia lor inapoi in timp.

Acest proces ar putea ajuta la imbunatatirea vibratiilor atomice si, astfel, poate duce la masuratori precise.

Ceasurile atomice sunt dispozitive sensibile care masoara timpul utilizand tranzitiile care au loc de obicei intre starile cuantice ale atomilor si frecventa radiatiilor emise ca urmare a tranzitiei.

In general, la nivelul atomilor individuali, domina legile mecanicii cuantice si trebuie efectuate o multime de masuratori pentru a obtine o estimare realista a oscilatiilor atomice.

Aceasta este o limitare denumita limita cuantica standard. Acum, tocmai aici intervine rolul inversarii timpului.

In anul 2020, cercetatorii au aratat ca precizia ceasurilor atomice actuale ar putea fi imbunatatita prin intercorelarea atomilor – un fenomen cuantic prin care particulele sunt fortate sa se comporte intr-o stare colectiva, foarte corelata.

In aceasta stare intercorelata, oscilatiile atomilor individuali ar trebui sa se deplaseze catre o frecventa comuna care ar usura masuratorile precise.

Echipa MIT a iradiat atomii intercorelati cu un fascicul laser si aceasta actiune a facut ca atomii sa-si piarda corelatia cuantica, parand ca si cum s-ar fi miscat inapoi in timp.

S-a constatat, de asemenea, ca faza finala a fost mult diferita de faza initiala, confirmand astfel aparitia unei schimbari cuantice.

Paradigma viitorului

Noua tehnica dezvoltata de oamenii de stiinta de la MIT a fost denumita SATIN (Signal Amplification Through Time Reversal – amplificarea semnalului prin inversarea timpului) si este considerata cea mai sensibila metoda de masurare a fluctuatiilor cuantice dezvoltata pana acum.

Aceasta noua metoda poate spori precizia ceasurilor atomice futuriste cu un factor de 15, facandu-le sincronizarea atat de precisa incat pe intreaga varsta a universului ceasurile atomice ar avea o eroare de mai putin de 20 de milisecunde.

Graficul de mai jos reprezinta o imagine istorica a preciziei ceasurilor atomice.

Metoda ar putea fi folosita si pentru a focaliza in continuare senzorii cuantici care sunt proiectati sa detecteze undele gravitationale, materia intunecata, precum si alte fenomene fizice.

„Credem ca aceasta este paradigma viitorului”, spune autorul principal Vladan Vuletic, profesor de fizica la MIT. „Orice interferenta cuantica care functioneaza cu multi atomi poate profita de pe urma acestei tehnici”.

Avand in vedere circumstantele, este destul de sigur ca aceasta inovatie ar oferi un impuls suplimentar stiintei metrologiei care ar servi la randul sau cercetarii fundamentale si tehnologice in stiintele fizice.

„Un nor de materie intunecata care pluteste pe Pamant ar putea schimba ora la nivel local si ceea ce fac unii oameni este sa compare ceasurile, de exemplu, din Australia cu altele din Europa si SUA pentru a vedea daca pot observa schimbari bruste in modul in care trece timpul”, spune Vuletic. „Tehnica noastra este potrivita exact pentru acest lucru, pentru ca trebuie sa masuram variatiile de timp care se schimba rapid pe masura ce norul se deplaseaza.”

Urmariti acest site – curiozitati stiinta – pentru a afla si alte lucruri noi si interesante despre universul in care traim!

Sursa: nature.com, resonancescience.org, phys.org.

Credit foto: National Institute of Standards and Technology (NIST).

Acest articol a fost sustinut de cititori ca tine.

Misiunea noastra este sa oferim publicului stiri precise si captivante despre stiinta. Aceasta misiune nu a fost niciodata mai importanta decat este astazi.

Nu putem face, insa, acest lucru fara tine.

Sprijinul tau ne permite sa pastram continutul acestui blog gratuit si accesibil. Investeste in jurnalismul stiintific donand chiar astazi.