علماء يجدون طريقة جديدة لقياس الوقت

وجد مجموعة من العلماء طريقة جديدة تمامًا لقياس الوقت. وحيث ان تحديد الوقت في عالمنا حسب الساعات الموقوتة والبندولات المتذبذبة حالة بسيطة لحساب الثواني بين «آنذاك» و«الآن»، إلّا ان النطاق الكمي للإلكترونات الصاخبة لا يمكن دائمًا توقع كلمة «إذن». والأسوأ من ذلك أن كلمة «الآن» غالبًا ما تتحول إلى غامضة.
من أجل ذلك، يمكن العثور على حل محتمل بشكل الضباب الكمي نفسه، وفقًا لدراسة جديدة أجراها باحثون من جامعة أوبسالا السويدية العام الماضي.
فقد كشفت تجارب العلماء على الطبيعة الشبيهة بالموجة لشيء يسمى حالة «ريدبيرج» عن طريقة جديدة لقياس الوقت لا تتطلب نقطة انطلاق دقيقة.
فذرات ريدبيرج هي بالونات منتفخة بشكل مفرط لمملكة الجسيمات. إذ 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. فيما يتم استخدام الليزر بشكل روتيني لدغدغة الإلكترونات في حالات طاقة أعلى لمجموعة متنوعة من الاستخدامات.
ففي بعض التطبيقات، يمكن استخدام ليزر ثانٍ لمراقبة التغيرات بموضع الإلكترون، بما في ذلك مرور الوقت. ويمكن استخدام تقنيات «مسبار المضخة» لقياس سرعة بعض الإلكترونيات فائقة السرعة، على سبيل المثال، .
إن تحفيز الذرات إلى حالات ريدبيرج 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. وذلك وفق ما نشر موقع «ساينس إليرت» العلمي المتخصص نقلا عن مجلة Physical Review Research.
ولكونها حيوانات كمومية، فإن حركاتها أقل شبهاً بالخرز التي تنزلق على العداد الصغير.
وتمامًا مثل الموجات الفعلية، فإن وجود أكثر من حزمة موجية من ريدبيرج تتموج في الفضاء يخلق تداخلاً، ما 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.
لقد كانت البصمات ذاتها التي جعلت الفيزيائيين يشرعون بمجموعة من التجارب للاختبار، وأظهروا أنها كانت متسقة وموثوقة بما يكفي لتكون بمثابة شكل من أشكال الطوابع الزمنية الكمومية.
فقد تضمن بحثهم قياس نتائج ذرات الهليوم المثارة بالليزر ومطابقة نتائجهم بالتنبؤات النظرية لإظهار كيف يمكن لنتائجهم التوقعية لفترة من الزمن.
وفي هذا الاطار، أوضحت عالمة الفيزياء مارتا بيرهولتس من جامعة أوبسالا في السويد والتي قادت الفريق لمجلة «نيو ساينتست» العام الماضي «إذا كنت تستخدم عدادًا فعليك تحديد الصفر. تبدأ العد في مرحلة ما. وان الفائدة من ذلك أنه ليس عليك بدء الساعة؛ فما عليك سوى إلقاء نظرة على هيكل التداخل وتقول حسنًا، لقد مرت 4 نانو ثانية».
يمكن استخدام دليل 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.
ومن خلال البحث عن توقع حالات ريدبيرج المتداخلة وسط عينة من ذرات مسبار المضخة، يمكن للفنيين ملاحظة الطابع الزمني للأحداث التي لا تتجاوز 1.7 تريليون جزء من الثانية.
ويمكن لتجارب الساعات الكمومية المستقبلية أن تحل محل الهيليوم مع ذرات أخرى أو حتى استخدام نبضات ليزر ذات طاقات مختلفة لتوسيع دليل الطوابع الزمنية لتلائم نطاقًا أوسع من الظروف.