Misurare il tempo nel mondo quantistico: una nuova frontiera
Determinare il passaggio del tempo nel nostro mondo di orologi e pendoli oscillanti è un semplice caso di contare i secondi tra “allora” e “adesso”. Tuttavia, nel regno quantistico degli elettroni in movimento, “allora” non può sempre essere previsto. Peggio ancora, “adesso” spesso si confonde in una nebbia di vaghezza. Un cronometro semplicemente non funzionerà in alcuni scenari.
Una possibile soluzione potrebbe trovarsi nella forma stessa della nebbia quantistica, secondo uno studio del 2022 condotto dai ricercatori dell’Università di Uppsala in Svezia. I loro esperimenti sulla natura ondulatoria di qualcosa chiamato stato di Rydberg hanno rivelato un modo innovativo per misurare il tempo che non richiede un punto di partenza preciso.
Gli atomi di Rydberg e il loro ruolo nella misurazione del tempo
Gli atomi di Rydberg sono i palloni gonfiati del regno delle particelle. Gonfiati con laser invece che con aria, questi atomi contengono elettroni in stati di energia estremamente elevati, orbitando lontano dal nucleo. Naturalmente, non ogni impulso di un laser deve gonfiare un atomo a proporzioni esagerate. Infatti, i laser sono comunemente usati per sollecitare gli elettroni in stati di energia più elevati per una varietà di usi.
In alcune applicazioni, un secondo laser può essere utilizzato per monitorare i cambiamenti nella posizione dell’elettrone, incluso il passaggio del tempo. Queste tecniche “pump-probe” possono essere utilizzate per misurare la velocità di certi dispositivi elettronici ultraveloci. Indurre gli atomi in stati di Rydberg è un trucco utile per gli ingegneri, soprattutto quando si tratta di progettare nuovi componenti per i computer quantistici.
Il gioco d’azzardo degli elettroni nello stato di Rydberg
Essendo entità quantistiche, i movimenti degli elettroni sono meno simili a perline che scorrono su un piccolo abaco e più simili a una serata al tavolo della roulette, dove ogni rotazione e salto della pallina è compressa in un unico gioco di probabilità. Il manuale matematico dietro questo selvaggio gioco di roulette degli elettroni di Rydberg è noto come pacchetto d’onda di Rydberg.
Proprio come le onde reali, avere più di un pacchetto d’onda di Rydberg che si increspa in uno spazio crea interferenze, risultando in modelli unici di increspature. Lancia abbastanza pacchetti d’onda di Rydberg nello stesso stagno atomico, e quei modelli unici rappresenteranno ciascuno il tempo distinto necessario affinché i pacchetti d’onda evolvano in accordo tra loro.
Le impronte digitali del tempo quantistico
Furono proprio queste “impronte digitali” del tempo che i fisici dietro questo set di esperimenti si proposero di testare, dimostrando che erano abbastanza coerenti e affidabili da servire come una forma di datazione quantistica. La loro ricerca ha coinvolto la misurazione dei risultati degli atomi di elio eccitati dal laser e l’abbinamento dei loro risultati con le previsioni teoriche per mostrare come il tempo possa essere misurato nel regno quantistico.
Fonte: Science Alert
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