تريند 🔥

🤖 AI

ساعة كمومية… اكتشاف طريقة جديدة تمامًا لقياس الوقت

أحمد سعيد
أحمد سعيد

3 د

إن تحديد مرور الوقت في عالم من الساعات الموقوتة والبندولات المتأرجحة هي حالة بسيطة لحساب الثواني بين "آنذاك" و "الآن".

ومع ذلك، في النطاق الكمي للإلكترونات الصاخبة، لا يمكن دائمًا توقع كلمة "حينها". والأسوأ من ذلك أن كلمة "الآن" غالبًا ما تتحول إلى ضباب من عدم اليقين. لن تقوم ساعة الإيقاف ببساطة بقطعها لبعض السيناريوهات.

أمكن العثور على حل محتمل في شكل الضباب الكمي نفسه، وفقًا لباحثين من جامعة أوبسالا في السويد.

كشفت تجاربهم على الطبيعة الشبيهة بالموجة لشيء يسمى حالة ريدبيرج "Rydberg"، عن طريقة جديدة لقياس الوقت لا تتطلب نقطة انطلاق دقيقة.

ذرات ريدبيرج هي بالونات منتفخة بشكل مفرط لمملكة الجسيمات. تحتوي هذه الذرات، المنتفخة بالليزر بدلاً من الهواء، على إلكترونات في حالات طاقة عالية للغاية، تدور بعيدًا عن النواة.

بالطبع، لا تحتاج كل مضخة ليزر إلى نفخ ذرة حتى تصل إلى أبعاد كرتونية. في الواقع، يتم استخدام الليزر بشكل روتيني لدغدغة الإلكترونات في حالات طاقة أعلى لمجموعة متنوعة من الاستخدامات.

في بعض التطبيقات، يمكن استخدام ليزر ثانٍ لمراقبة التغيرات في موضع الإلكترون، بما في ذلك مرور الوقت. يمكن استخدام تقنيات "مسبار المضخة" هذه لقياس سرعة بعض الإلكترونيات فائقة السرعة، على سبيل المثال.

إن تحفيز الذرات إلى حالات ريدبيرج هو خدعة مفيدة للمهندسين، ليس أقلها عندما يتعلق الأمر بتصميم مكونات جديدة لأجهزة الكمبيوتر الكمومية. لا داعي للقول إن الفيزيائيين قد جمعوا قدرًا كبيرًا من المعلومات حول الطريقة التي تتحرك بها الإلكترونات عند دفعها إلى حالة ريدبيرج.

لكونها حيوانات كمومية، فإن حركاتها أقل شبهاً بالخرز الذي ينزلق على العداد الصغير، بل أشبه بأمسية على طاولة الروليت، حيث يتم ضغط كل لفة وقفزة للكرة في لعبة حظ واحدة.

يُشار إلى كتاب القواعد الرياضية وراء هذه اللعبة الجامحة لروليت ريدبيرج للإلكترون باسم حزمة موجات ريدبيرج.

تمامًا مثل الموجات الفعلية في البركة، فإن وجود أكثر من حزمة موجية من ريدبيرج تتموج في الفضاء يخلق تداخلاً، مما ينتج عنه أنماط فريدة من التموجات. قم برمي ما يكفي من حزم موجات ريدبيرج في نفس البركة الذرية، وسوف تمثل هذه الأنماط الفريدة الوقت المميز الذي تستغرقه حزم الموجة لتتوافق مع بعضها البعض.

كانت "بصمات الأصابع '' ذاتها هي التي شرع الفيزيائيون وراء هذه المجموعة الأخيرة من التجارب للاختبار، وأظهروا أنها كانت متسقة وموثوقة بما يكفي لتكون بمثابة شكل من أشكال الطوابع الزمنية الكمومية.

تضمن بحثهم قياس نتائج ذرات الهليوم المثارة بالليزر ومطابقة نتائجهم بالتنبؤات النظرية لإظهار كيف يمكن لنتائجهم التوقيعية لفترة من الزمن.

أوضحت عالمة الفيزياء مارتا بيرهولتس من جامعة أوبسالا في السويد، والتي قادت الفريق، لمجلة نيو ساينتست "NewScientist": "إذا كنت تستخدم عدادًا، فعليك تحديد الصفر. تبدأ العد في مرحلة ما".

"الفائدة من ذلك أنه ليس عليك بدء الساعة - ما عليك سوى إلقاء نظرة على هيكل التداخل وتقول" حسنًا، لقد مرت 4 نانو ثانية".

يمكن استخدام كتاب إرشادي لحزم موجات ريدبيرج المتطورة جنبًا إلى جنب مع أشكال أخرى من التحليل الطيفي لمسبار المضخة التي تقيس الأحداث على نطاق صغير، عندما تكون بين الحين والآخر أقل وضوحًا، أو ببساطة غير مريحة للقياس.

الأهم من ذلك، أن أيا من بصمات الأصابع لا تتطلب وقتًا وحديثًا لتكون بمثابة نقطة بداية وتوقف للوقت. سيكون الأمر أشبه بقياس سباق عداء غير معروف ضد عدد من المنافسين الذين يجرون بسرعات محددة.

من خلال البحث عن توقيع حالات ريدبيرج المتداخلة وسط عينة من ذرات مسبار المضخة، يمكن للفنيين ملاحظة الطابع الزمني للأحداث التي لا تتجاوز 1.7 تريليون جزء من الثانية.

ذو صلة

يمكن لتجارب الساعات الكمومية المستقبلية أن تحل محل الهيليوم مع ذرات أخرى، أو حتى استخدام نبضة ليزر من طاقات مختلفة، لتوسيع دليل الطوابع الزمنية لتلائم نطاقًا أوسع من الظروف.

أحلى ماعندنا ، واصل لعندك! سجل بنشرة أراجيك البريدية

بالنقر على زر “التسجيل”، فإنك توافق شروط الخدمة وسياسية الخصوصية وتلقي رسائل بريدية من أراجيك

عبَّر عن رأيك

إحرص أن يكون تعليقك موضوعيّاً ومفيداً، حافظ على سُمعتكَ الرقميَّةواحترم الكاتب والأعضاء والقُرّاء.

ذو صلة