O echipă de fizicieni a descoperit o metodă inedită de a măsura timpul, fără să mai fie nevoie de un ceas sau de un punct de pornire, transmite Science Alert. Tehnica folosește tipare invizibile formate în interiorul atomilor excitați cu laser și ar putea revoluționa măsurarea fenomenelor ultrarapide din lumea cuantică.

Timpul, așa cum îl percepem în lumea noastră plină de ceasuri și pendule, se reduce la un simplu calcul între „atunci” și „acum”. Însă, la scară cuantică, acolo unde electronii se comportă imprevizibil, această diferență devine neclară, iar un cronometru clasic pur și simplu nu mai funcționează.

O posibilă soluție a fost propusă de cercetători de la Universitatea Uppsala din Suedia, într-un studiu publicat în 2022. Aceștia au descoperit o metodă inedită de a măsura timpul, bazată pe forma undelor cuantice, fără a mai fi necesar un punct inițial precis.

Totul pornește de la ceea ce fizicienii numesc „stare Rydberg”, o stare a atomilor în care electronii sunt excitați la niveluri foarte înalte de energie, prin impulsuri laser, și se află la distanțe mari față de nucleu. În această stare, comportamentul electronilor devine extrem de complex și aparent aleatoriu.

Pentru a urmări mișcările electronilor, cercetătorii folosesc tehnici de tip „pump-probe”: un prim impuls laser declanșează tranziția, iar un al doilea impuls monitorizează modificările.

În contextul stărilor Rydberg, aceste interacțiuni generează pachete de unde cuantice, așa-numitele Rydberg wave packets, care, atunci când se suprapun, formează tipare de interferență unice.

Aceste tipare acționează ca niște „amprente temporale”, care permit măsurarea timpului fără a fi nevoie de un moment zero.

„Dacă folosești un cronometru, trebuie să definești de unde începi. Aici nu mai e nevoie să pornești ceasul, te uiți la structura de interferență și spui «ok, au trecut 4 nanosecunde»”, a explicat fiziciana Marta Berholts pentru New Scientist, în 2022.

Cercetătorii au excitat atomi de heliu cu laser și au analizat tiparele formate, comparând rezultatele experimentale cu modelele teoretice. Rezultatele s-au dovedit consecvente și suficient de precise pentru a servi drept etalon temporal, chiar și pentru intervale extrem de scurte, până la 1,7 trilioane de fracțiuni dintr-o secundă.

Această „carte de semnături temporale” bazată pe stările Rydberg ar putea fi integrată în viitor în tehnologii de măsurare ultra-rapidă, inclusiv în componente pentru computere cuantice sau în spectroscopie de înaltă precizie.

În plus, metoda nu depinde de o referință inițială. E ca și cum ai cronometra un alergător necunoscut comparându-l cu alți sportivi care aleargă la viteze bine cunoscute. Prin identificarea tiparului specific de interferență într-un eșantion de atomi, se poate determina cu exactitate momentul în care a avut loc un eveniment microscopic.

Pe viitor, cercetătorii intenționează să extindă acest ghid al amprentelor temporale folosind și alți atomi în afară de heliu sau impulsuri laser cu energii diferite, pentru a acoperi o gamă cât mai largă de aplicații.