[ad_1]
فیزیکدانان روزی را تصور می کنند که قادر خواهند بود ساعتی را بسیار دقیق طراحی کنند که از آن برای تشخیص اغتشاشات ظریف در زمان مکانی یا ماده تاریک گریزناپذیری را پیدا کنید که همه چیز را می کشد اما نور ساطع نمی کند. تیک تیک این ساعت تقریباً عالی خواهد بود.
ممکن است این رویا دور نباشد: گروهی از محققان ساعتی را ایجاد کرده اند که با برخی تغییرات می تواند چهار تا پنج برابر از بهترین ساعتهای دنیا دقیق تر باشد. به بیان بهتر ، اگر دقیق ترین ساعتهای امروزی از بدو تولد جهان شروع به تیک زدن می کنند ، امروز فقط نیم ثانیه خاموش می شوند. با پیشرفت های بیشتر ، این ساعت جدید فقط در 0.1 ثانیه خاموش می شود.
ولادان ولتیچ ، استاد فیزیک در انستیتوی فناوری ماساچوست و نویسنده ارشد مقاله اخیر توصیف کار ، گفت: “ساعت های اتمی دقیق ترین ابزاری است که بشر از بسیاری جهات ساخته است.” وی افزود: “ما این خط را گسترش می دهیم.”
متصل: فیزیک مرموز 7 چیز روزمره
ساعتهای اتمی با توجه به حرکت اتمها. از دهه 1960 ، ساعتهای اتمی ایجاد شده اند که وظیفه حفظ زمان جهانی و تعیین “ثانیه” را دارند سزیم اتم ها این ساعتها اتمهای سزیم را با مایکروویو بمباران می کنند و زمان نوسان الکترونها را از سطح انرژی پایین تر (حالت زمینی) به بالاتر (حالت برانگیخته) اندازه گیری می کنند ، پیش از این ، Live Science گزارش داده بود.
طی دهه گذشته ، محققان “ساعتهای نوری” تولید کرده اند که 100 برابر دقیق تر از ساعتهای اتمی سزیم هستند. این ساعت ها از لیزر – یا نور مرئی – برای تحریک اتم عناصری مانند استفاده می کنند آلومینیوم یا یتربیوم؛ نور مرئی فرکانس بالاتری نسبت به مایکروویو دارد و بنابراین می تواند اتم ها را تحریک کند تا 100000 برابر سریعتر از مایکروویو ها بتوانند اتم های سزیم را تحریک کنند. این نوسان سریعتر در هر ثانیه نقاط داده بیشتری را به اندازه گیری اضافه می کند و دقیق تر می کند. Vuletic به Live Science گفت که به زودی “دوباره تعریف جدیدی” با استفاده از این ساعتهای نوری دقیق تر انجام خواهد شد.
عدم قطعیت
اما حتی این ساعت های اتمی نوری تقریباً خطاپذیر هم نمی توانند زمان را کاملاً اندازه گیری کنند زیرا قربانی قوانین مکانیک کوانتوم می شوند ، قوانین عجیب و غریب حاکم بر باغ وحش ذرات زیر اتمی. اتمهایی که ساعت را کنترل می کنند به قدری کوچک هستند که نمی توان وضعیت آنها را به طور دقیق تعیین کرد ، بنابراین توسط احتمالات تعیین می شوند. بنابراین ، الکترون در حالت برانگیخته یا زمین نیست ، اما احتمالاً به طور همزمان در چندین سطح انرژی قرار دارد.
تلاش برای اندازه گیری وضعیت یک اتم مانند چرخاندن سکه است ، زیرا اندازه گیری واقعی “مجبور” اتم است که یا یک حالت پایه یا یک حالت برانگیخته را انتخاب کند ، اما “شما هرگز چیزی بین آنها پیدا نمی کنید”. این عدم اطمینان در اندازه گیری تعیین زمان مناسب را غیرممکن می کند. هنگامی که تعداد اتم های ساعت را افزایش می دهید (که می تواند به عنوان تعداد پرتاب سکه در نظر گرفته شود) و شروع به گرفتن میانگین تعداد هیجان زده شده و تعداد دیگر نمی کنید ، اندازه گیری ها دقیق تر می شوند.
هرچه تعداد بیشتری اتم اضافه کنید ، خطای اندازه گیری یا عدم اطمینان شما کوچکتر خواهد بود – چیزی که به عنوان “حد استاندارد کوانتوم” شناخته می شود. وولتیک گفت ، از آنجا که دقت اندازه گیری مقیاس ها به عنوان ریشه مربع تعداد پرتاب سکه ، پرتاب 10 هزار سکه 10 برابر دقیق تر از پرتاب 100 قطعه است.
به همین دلیل ساعتهای نوری امروزی زمان را با میانگین نوسانات هزاران اتم اندازه گیری می کنند. اما حتی این روش هم نمی تواند از حد استاندارد کوانتومی خلاص شود. یک دهه پیش ، ولتیچ و تیمش به همراه محققان دانشگاه بلگراد در صربستان ایده ای برای چگونگی غلبه بر این محدودیت داشتند: درهم تنیدگی ذرات. درهم آمیختگی کوانتومی – یا همان “عمل شبح از راه دور” ، همانطور که آلبرت انیشتین معروف آن را نامید – این ایده است که سرنوشت ذرات کوچک به هم پیوسته هستند ، حتی اگر با مسافت های طولانی از هم جدا شوند. بنابراین دانشمندان می توانند با درهم آمیختن اتمهایی که زمان را تحمل می کنند ، هر جفت یا گروه از اتمهای درهم را در یک حالت نگه دارند و بنابراین در فرکانسهای مشابه نوسان کنند ، بنابراین به ساعت اجازه می دهد تا از حد استاندارد کوانتوم عبور کند. و زمان را با دقت بیشتری اندازه گیری کنید.
ولتیچ گفت: “درهم تنیدگی اتم ها باعث می شود پرتاب ها كمتر تصادفی باشند.” “پرتاب هر اتم به صورت جداگانه هنوز تصادفی است ، اما همه پرتابها با هم شانس کمتری نسبت به اتمهای مستقل دارند.” این شبیه قرار دادن 100 سکه روی میز ، 50 سر به بالا و 50 دم بالا است. اگر بدون نگاه سکه بردارید ، آن سرها یا دمهای تصادفی خواهد بود. اما وقتی همه سکه ها را بردارید ، تعداد سر و دم دقیقاً یکسان وجود دارد. وی گفت: درهم تنیدگی کوانتومی کمی شبیه است.
حالا آنها ایده خود را آزمایش کردند.
برای این منظور ، ولتیچ و تیمش 350 اتم ایتربیم را بین دو آینه قرار دادند. سپس پرتوی لیزر را شلیک کردند که بین آینه ها به عقب و جلو برگشت. وقتی نور به اولین اتم برخورد می کند ، اتم نور را تغییر می دهد. این نور سپس اتم دوم را تغییر می دهد ، سپس سوم را و سپس بقیه را تغییر می دهد ، تا جایی که همه در هم پیچیده می شوند و با مراحل مشابه شروع به لرزیدن می کنند. این گروه سپس از لیزر دیگری برای اندازه گیری متوسط فرکانس ارتعاش این اتم ها استفاده کردند.
هنگامی که تیم دو آزمایش انجام داد ، یکی با اتم های درهم پیچیده و دیگری بدون ، آنها دریافتند که اتم های درهم قادر به اندازه گیری زمان با همان دقت اما چهار برابر سریعتر هستند. آنها همچنین دریافتند که وقتی هر دو ساعت یک اندازه گیری می کنند ، ساعت درهم از دقت بیشتری برخوردار است.
هنوز هم تیم باید تغییراتی ایجاد کند. Vuletic گفت ، لیزری که در حال حاضر از آن استفاده می کنند به همان اندازه که انتظار می رود پایدار نیست ، بنابراین ساعت “در سطح عملکرد بهترین ساعت های غیر بافته شده نیست.” با این حال ، با ترفندهای لیزری ، استفاده از اتم های درهم باعث می شود تا ساعت های نوری بسیار دقیق تر شوند.
در آینده ، این تیم همچنین می خواهد نشان دهد كه با استفاده از بیش از یك ساعت اتمی ، “شما می توانید مزیتی كه از گره خوردن كوانتوم بدست آورده اید را حتی بهتر كنید”. به هر حال ، شما می توانید چندین ساعت از راه دور داشته باشید که از درهم آمیختگی استفاده می کنند و زمان را می گویند ، که حتی دقیق تر است ،
ساعت های بسیار دقیق در نهایت می توانند برنامه های قدیمی داشته باشند. “هوا بستگی دارد جاذبه زمین، “ولتیچ گفت ، با اشاره به این ایده که به دلیل نسبیت، اجسام عظیم (که دارای نیروی جاذبه بالاتری هستند) فضا-زمان را تغییر شکل می دهند و باعث کند شدن زمان می شوند.
بنابراین ، اگر دو ساعت دارید و یکی از آنها را 1 متر (0.3 متر) بالاتر می برید ، “در این دو ارتفاع ، زمان در واقع متفاوت است.” با دقیقتر شدن این ساعت ها می توان از آنها برای تشخیص چگونگی تغییر زمان استفاده کرد و بدین ترتیب اثرات گرانشی ظریف در جهان مانند امواج فضا-زمان معروف به امواج گرانشی قابل تشخیص است. وی گفت: از آنجا که ماده تاریک نیز از جاذبه جاذبه استفاده می کند ، تغییرات اندک در غلبه بر زمان می تواند ماهیت ماده تاریکی را که ما را احاطه کرده ، نشان دهد.
حتی پیشنهاداتی وجود دارد که ثابت می کند ثابت های مطلق در جهان فیزیک مانند سرعت نور یا بار الکترون ها با گسترش جهان تغییر می کنند. وی گفت: از آنجا که این ثابت ها قوانین فیزیکی را کنترل می کنند که بر سطح انرژی در اتم حاکم است ، بنابراین می توانند اندازه گیری زمان را نیز تغییر دهند. بنابراین ممکن است “با گسترش جهان ، ماهیت زمان تغییر کند.”
یافته ها در تاریخ 16 دسامبر در ژورنال منتشر شد طبیعت.
[ad_2]
منبع: khabar-mojo.ir