Cientistas encontraram uma maneira totalmente nova de medir o tempo: WebCuriosos

Determinar a passagem do tempo em nosso mundo de relógios e pêndulos oscilantes é um simples caso de contar os segundos entre “então” e “agora”.

Na escala quântica do zumbido dos elétrons, entretanto, o “então” nem sempre pode ser antecipado. Pior ainda, o “agora” muitas vezes se confunde com uma névoa de imprecisão. Um cronômetro simplesmente não funcionará em alguns cenários.

Uma solução potencial poderia ser encontrada na própria forma da névoa quântica, de acordo com um estudo de 2022 realizado por pesquisadores da Universidade de Uppsala, na Suécia.

Seus experimentos sobre a natureza ondulatória de algo chamado estado de Rydberg revelaram uma nova maneira de medir o tempo que não requer um ponto de partida preciso.

Átomos de Rydberg são os balões superinflados do reino das partículas. Cheios de lasers em vez de ar, esses átomos contêm elétrons em estados de energia extremamente altos, orbitando longe do núcleo.

É claro que nem toda bomba de laser precisa inflar um átomo até atingir proporções de desenho animado. Na verdade, os lasers são usados ​​rotineiramente para levar elétrons a estados de energia mais elevados para uma variedade de usos.

Em algumas aplicações, um segundo laser pode ser usado para monitorar as mudanças na posição do elétron, incluindo a passagem do tempo. Esses 'sonda de bomba' técnicas podem ser usadas para medir a velocidade de certos eletrônicos ultrarrápidos, por exemplo.

Induzir átomos em estados de Rydberg é um truque útil para engenheiros, principalmente quando se trata de projetar novos componentes para computadores quânticos. Desnecessário dizer que os físicos acumularam uma quantidade significativa de informações sobre a maneira como os elétrons se movem quando levados ao estado de Rydberg.

Sendo animais quânticos, porém, seus movimentos são menos como contas deslizando em um pequeno ábaco e mais como uma noite na mesa de roleta, onde cada rolagem e salto da bola são espremidos em um único jogo de azar.

O livro de regras matemáticas por trás deste jogo selvagem de roleta eletrônica Rydberg é conhecido como pacote de ondas Rydberg.

Assim como as ondas reais, ter mais de um pacote de ondas Rydberg ondulando em um espaço cria interferência, resultando em padrões únicos de ondulações. Jogue pacotes de ondas Rydberg suficientes na mesma lagoa atômica e cada um desses padrões únicos representará o tempo distinto que leva para os pacotes de ondas evoluírem de acordo uns com os outros.

Foram essas mesmas “impressões digitais” do tempo que os físicos por trás deste conjunto de experimentos se propuseram a testar, mostrando que eram consistentes e confiáveis ​​o suficiente para servir como uma forma de carimbo quântico de tempo.

Sua pesquisa envolveu medir os resultados de átomos de hélio excitados por laser e combinar suas descobertas com previsões teóricas para mostrar como seus resultados de assinatura poderiam permanecer por um período de tempo.

“Se você estiver usando um contador, terá que definir zero. Você começa a contar em algum momento”, explicou a física Marta Berholts, da Universidade de Uppsala, na Suécia, que liderou a equipe. Novo Cientista em 2022.

“A vantagem disso é que você não precisa ligar o relógio – basta olhar para a estrutura de interferência e dizer 'ok, já se passaram 4 nanossegundos'.”

Um guia de evolução dos pacotes de ondas Rydberg poderia ser usado em combinação com outras formas de espectroscopia de sonda de bomba que medem eventos em uma escala minúscula, quando de vez em quando são menos claros ou simplesmente muito inconvenientes para serem medidos.

É importante ressaltar que nenhuma das impressões digitais exige um então e um agora para servir como ponto de partida e de parada do tempo. Seria como medir a corrida de um velocista desconhecido contra vários competidores correndo em velocidades definidas.

Ao procurar a assinatura dos estados interferentes de Rydberg em meio a uma amostra de átomos da sonda de bomba, os técnicos puderam observar um carimbo de data/hora para eventos tão fugazes quanto apenas 1,7 trilionésimos de segundo.

Futuros experimentos de observação quântica poderiam substituir o hélio por outros átomos, ou até mesmo usar pulsos de laser de diferentes energias, para ampliar o guia de carimbos de data e hora para se adequar a uma gama mais ampla de condições.

Esta pesquisa foi publicada em Pesquisa de revisão física.

Uma versão anterior deste artigo foi publicada pela primeira vez em outubro de 2022.