NaukaTechnologia

JAK DOKŁADNIEJ ZMIERZYĆ UPŁYW CZASU

Przechytrzyć Heisenberga i Pauliego, by dokładniej mierzyć upływ czasu? Tak! Dzięki stanom ściśniętym.

Czy da się obejść zasadę nieoznaczoności Heisenberga i ominąć zakaz Pauliego, aby jeszcze precyzyjniej mierzyć czas w zegarach optycznych? Z tym zagadnieniem zmierzyła się polsko-litewska grupa fizyków. Pokazują oni, jak wytworzyć w ultrazimnym gazie fermionowym tzw. stany ściśnięte.

Wyniki badań międzynarodowego zespołu z udziałem grupy dr hab. Emilii Witkowskiej (IF PAN, Warszawa) i prof. Gediminasa Juzeliunasa (Vilnius University, Wilno), we współpracy z dr. Marcinem Płodzieniem (ICFO, Barcelona) ukazały się w prestiżowym ?Physical Review Letters?. Badania podsumowuje w wypowiedzi dla PAP dr Witkowska z zespołem.

ROZMYTA RZECZYWISTOŚĆ

W świecie dużych, widzialnych gołym okiem obiektów, przyzwyczailiśmy się do przewidywalności: jeśli znamy położenie danego ciała i jego pęd, dzięki równaniom Newtona, możemy obliczyć jego trajektorię i wskazać dokładnie, gdzie ten obiekt znajdzie się w określonym czasie – takie obiekty nazywamy obiektami klasycznymi. Jeśli jednak badamy obiekty w nanoskali, to ujawnia się ich falowa natura i ?klasyczna” przewidywalność się kończy. Wynika to z praw fizyki, a nie z niedokładności naszych narzędzi pomiarowych. Konsekwencją falowej natury cząstek jest m.in. brak możliwości określenia z całą pewnością, jakie jest położenie cząstki, a jedynie można określić prawdopodobieństwo, z jakim cząstka znajduje się w danym punkcie przestrzeni. Prawdopodobieństwo to określone jest przez stan kwantowy, w jakim znajduje się cząstka.

ZASADA NIEOZNACZONOŚCI

Następstwem kwantowej natury obiektów jest zasada nieoznaczoności Heisenberga, która mówi, że niemożliwe jest zmierzenie jednocześnie wszystkich własności cząstki kwantowej z dowolną precyzją: na przykład jednocześnie jej położenia i pędu.

Cząstka kwantowa może znajdować się w różnych stanach. W tzw. stanie koherentnym niepewność pomiaru jej położenia i pędu są sobie równe. Gdy cząstka znajduje się w stanie, w którym niepewność jednego pomiaru jest zredukowana kosztem zwiększenia niepewności drugiego, nazywany on jest stanem ściśniętym.

Ogrom współczesnych badań związany jest z zaproponowaniem wykorzystania efektów kwantowych pozwalających na zwiększenie precyzji pomiaru danej wielkości, np. wspomniane ściśnięcie kwantowe.

TYKANIE SUPERDOKŁADNYCH ZEGARÓW

Przykładowo, najdokładniejsze obecnie zegary wykorzystują atomy do odmierzania upływu czasu – pomiar jednostki czasu, czyli sekundy, jest oparty na pomiarze różnicy energetycznej pomiędzy dwoma poziomami energetycznymi, czyli tzw. częstości przejścia atomowego. W pomiarach laboratoryjnych schładza się atomy, np. cezu, do temperatury bliskiej zeru absolutnemu, tzn. rzędu nanokelwinów, a następnie na podstawie pomiaru różnicy liczby atomów w stanie o wyższej i niższej energii, wyznaczana jest częstotliwość przejścia atomowego. Stanowi to podstawę definicji współczesnej jednostki czasu. Innymi słowy, im dokładniej zmierzymy częstotliwość przejścia atomowego, z tym większą precyzją możemy odmierzać upływ czasu. Obecnie zegary atomowe osiągają precyzję około jednej dziesiątej nanosekundy na dzień, co oznacza, że zegar atomowy może spóźniać się o jedną sekundę na 300 milionów lat. Jednak naukowcy wciąż się głowią, jak można jeszcze zwiększyć tak fantastyczną precyzję.

?Można zapytać, czy tak super precyzyjne odmierzanie czasu jest nam potrzebne? Otóż, tak, i jedna z najprostszych odpowiedzi związana jest z dokładnością działania systemów GPS, których używamy w naszym codziennym życiu, gdy przemieszczamy się z jednego miejsca do drugiego. Właściwa synchronizacja czasu ma tu fundamentalne znaczenie: gdy zegary na orbicie i na Ziemi nie są zsynchronizowane, system GPS bardzo szybko traci dokładność lokalizacji? – mówi dr Płodzień (stypendysta programu NAWA Bekker 2020).

Przykładowo, jeśli zegary są zsynchronizowane na poziomie setnej sekundy, to dokładność położenia wskazywanego przez GPS wynosi około trzy kilometry! “Możemy sobie wyobrazić, jakie to miałoby konsekwencje na dotarcie do celów naszych podróży lokalizowanych z taką dokładnością? – mówi dr Płodzień.

“To jednak nie wszystko – dodaje. -Precyzyjne pomiary częstotliwości są bardzo ważne dla rozwoju nauki, np. pozwalają zweryfikować przewidywania Ogólnej Teorii Względności Alberta Einsteina i to, że czas płynie różnie w zależności od natężenia pola grawitacyjnego, co oznacza, że czas biegnie inaczej na Ziemi niż na orbicie satelitarnej, na której znajdują się wspomniane już wcześniej satelity GPS. Synchronizacja zegarów na Ziemi i orbicie musi uwzględniać ten efekt. Superprecyzyjny zegar pozwoliłby również na wykrycie fal grawitacyjnych i detekcję hipotetycznej ciemnej materii, która może wywoływać powolne oscylacje stałych fizycznych.?

Aby budować tak superprecyzyjne urządzenia jak zegary optyczne, potrzeba jak najbardziej dokładnych informacji o pojedynczych cząstkach. Aby tę precyzję jednak osiągnąć, potrzeba pomiarów tak precyzyjnych, że wchodzimy w nich w świat kwantów. W budowie coraz lepszych zegarów realnie zaczynają więc już przeszkadzać limity związane z zasadą nieoznaczoności Heisenberga. Stąd tak istotny wydaje się fizykom pomysł na tworzenie tzw. stanów ściśniętych. W uproszczeniu chodzi o takie uwięzienie cząstek – np. w oczkach optycznej “klatki?, aby móc precyzyjnie poznać pewną własność – tzw. częstość przejścia atomowego – kosztem rozmycia innej własności, która nie będzie istotna w docelowym urządzeniu.

JAK SKONTAKTOWAĆ ZE SOBĄ FERMIONY

Dotychczas wytworzenie stanów ściśniętych w ultrazimnych atomach było możliwe przy użyciu tzw. atomów bozonowych. Takie atomy są w stanie oddziaływać między sobą na skutek zderzeń. Dla bozonów jednak istnieje zależność przesunięcia poziomów energetycznych, której wartość zależy głównie od gęstości atomów, co z kolei powoduje, że dokładność pomiarów częstości przejść atomowych jest znacznie zmniejszona.

Natomiast przesunięcie poziomów energetycznych w atomach fermionowych jest mocno ograniczone, dlatego fermiony doskonale nadają się do precyzyjnych pomiarów częstotliwości. Naukowcom zależało więc na tym, by stany ściśnięte wytworzyć również i w takich gazach atomowych.

Było to jednak wielkim wyzwaniem. Na drodze stał tzw. zakaz Pauliego, który blokuje możliwość wzajemnego oddziaływania atomów fermionowych w temperaturach bliskich zeru absolutnemu. W konsekwencji braku oddziaływań między atomami nie jest możliwe wygenerowanie ściśnięcia. To ograniczenie udało się jednak obejść.

?Nasz pomysł polega na tym, aby na fermiony spułapkowane w sieci optycznej, w której znajduje się jeden fermion w pojedynczym oczku sieci, poświecić zewnętrznym światłem laserowym o odpowiedniej fazie. Okazuje się, że sprzężenie atomów ze światłem wprowadza potrzebne nam oddziaływanie pomiędzy fermionami i generuje wysoce ściśnięte stany kwantowe? – mówi dr hab. Witkowska.

Pomysł ten – jak liczą badacze – będzie można wykorzystać w przyszłości do zwiększenia dokładności pomiaru częstości przejść atomowych w niezwykle stabilnych i superprecyzyjnych zegarach – opartych o atomy fermionowe w sieciach optycznych.

?Zaproponowana przez nas metoda wymaga tylko niewielkiej modyfikacji układów badanych obecnie w laboratoriach, zarówno ultrazimnych fermionów umieszczonych w periodycznej sieci optycznej, jak i tzw. pęset optycznych? – kończy prof. Juzeliunas.

Badania polskiego zespołu finansowane są w ramach projektu NCN DAINA oraz NAWA BEKKER 2020.

Źródło informacji: PAP | Nauka w Polsce | Ludwika Tomala

Grafika obrazująca mechanizm ściśnięcia w ultra-zimnych gazach atomów fermionowych umieszczonych w periodycznych sieciach optycznych została wykonana przez dr Mazenę Mackoit Sinkevičien? z Uniwersytetu Wileńskiego.

Opinie i poglądy opublikowane na portalu cocomac.pl są wyłącznie opiniami i poglądami ich Autorów. Nie należy ich utożsamiać z poglądami redakcji. Również opinie wyrażane w publikowanych informacjach nie odzwierciedlają poglądów redakcji i wydawcy, a mają charakter informacyjny.
Widzisz błąd w artykule, niedziałający link? Poinformuj nas o tym poprzez formularz kontaktowy lub mailem! Dziękujemy.

TO TEŻ CIEKAWE:

PATRZENIE NA RYBKI W AKWARIUM USPOKAJA?

To FAKT! Naukowcy z brytyjskiego National Marine Aquarium, Plymouth University i University of Exeter dowiedli, że regularne przyglądanie się akwariowym…

24 CALOWY TABLET GRAFICZNY

Huion przedstawia trzy 23,8-calowe ekrany piórkowe, w tym Kamvas Pro 24(4K). Firma Huion prezentuje dziś trzy wielkoekranowe Tablety graficzne: Kamvas…

SUROWY STYL RODZICIELSTWA SZKODZI

Surowy styl rodzicielstwa może zmniejszyć mózg dziecka? To FAKT! Surowe rodzicielstwo, wyrażające się wybuchami złości rodzica, częstym karceniem, klapsami czy…

KODEKS PRACY

Przesuwaj kolejne strony za pomocą strzałek ? ?  znajdujących się nad i pod dokumentem. Udostępnij na: Udostępnij na FacebookuTweetZapisz…

ENDOMETRIOZA – CZYM JEST

Fakty o endometriozie Marzec to Miesiąc Świadomości Endometriozy. To doskonały czas, by przyjrzeć się bliżej tej podstępnej, bo dającej niespecyficzne…

POSTAWA MA ZNACZENIE – WYPROSTUJ SIĘ

Jak postawa ciała wpływa na mózg. Wyprostowanej sylwetce sporo można zawdzięczać ? na przykład pewność siebie, a także zmniejszenie dolegliwości…

MAGAZYN ENERGII

Magazyn energii – to dobra inwestycja w dobie rosnących cen energii i sposób na niezależność energetyczną. Wysokie ceny prądu, brak…

DIETA OCZYSZCZAJĄCA Z TOKSYN

Dieta oczyszczająca z toksyn ? czy istnieje? Media od dawna lansują różnego rodzaju modne diety oczyszczające, obiecując ekspresowy detoks, odkwaszenie…

Tarnowskie Centrum Informacji

Tarnowskie Centrum Informacji to laureat XIII edycji konkursu na Najlepsze Centrum Informacji Turystycznej w Polsce w kategorii 4 gwiazdek. Tarnowska…

Ćwiczenie nr 10

RĘCE DO SUFITU Pozycja do wykonania ćwiczenia: stojąca.Ilość powtórzeń: 5.Do wykonania ćwiczenia potrzebujesz: -. Pozycja wyjściowa: Ćwiczenie: Obejrzyj wideo z…

Ćwiczenie nr 7

WSTAWANIE – SIADANIE Pozycja do wykonania ćwiczenia: siedząco-stojąca.Ilość powtórzeń: 5.Do wykonania ćwiczenia potrzebujesz: krzesło. Pozycja wyjściowa: Ćwiczenie: Obejrzyj wideo z…

OTYŁOŚĆ TO CHOROBA

Aż 80 proc. Polaków z otyłością nie uważa jej za chorobę, ale za defekt kosmetyczny. Aż 80 proc. Polaków z…

MOTOSKANDYNAWIA CZĘŚĆ  5

16 lat przymierzałem się aby ponownie odwiedzić Skandynawię. A tu niespodziewanie, latem, okazało się, że mam czas i jakieś mizerne…

KIA EV9

Kia EV9 zaprezentowana: przełomowy samochód elektryczny, który łączy odważny design z charakterem SUV-a. Kia Corporation zaprezentowała EV9 ? flagowego SUV-a…

RESERVED – KOLEKCJA WIOSNA 2021

Lookbook Spring 2021 Kluczowe trendy na wiosnę 2021, najistotniejsze wzory i kolory sezonu, fasony i detale, które zaktualizują garderobę ?…

REMBRANT W ŁAZIENKACH

?Jeździec polski? Rembrandta w Łazienkach Królewskich Arcydzieło Rembrandta było częścią obszernej kolekcji obrazów ostatniego króla Polski Stanisława Augusta. Obraz z…

WĄŻ W BUDCE LĘGOWEJ

Zaskroniec zamieszkał w budce lęgowej dla ptaków. Leśnicy z nadleśnictwa Wichrowo (woj. warmińsko-mazurskie) znaleźli zaskrońca, który zamieszkał w budce lęgowej…

OSZUKANI DZIADKOWIE

Chroń swoich dziadków przed oszustami Choć rośnie świadomość społeczna dotycząca zagrożenia oszustwami, policja wciąż odnotowuje kolejne przypadki oszustw metodą ?na…

HOUSE PARTY AW20

Kolekcja na wyjątkowe okazje Wszystko wskazuje na to, że Święta i Noc Sylwestrową spędzimy w domowym zaciszu, co nie oznacza,…

DEKAMERON – NA WŁOS OD ŚMIERCI

DZIEŃ PIĄTY Opowieść III Pisownia oryginalna z 1930 roku Pietro Boccamanza, uciekając z Agnolellą wpada w ręce łotrzyków. Dzieweczka, salwuje…

TRIKI NA ZASYPIANIE

Trzy C na dobry sen i parę innych trików, by zasnąć. Jak zadbać o jakość snu? Powinno być: ciemno, cicho…

UCZULENIE NA JAD OWADÓW

Uczulenie na jad owadów ma swoje konsekwencje w psychice. Około 1-2 proc. osób na jad owadów reaguje w sposób tak…

ORYKS ARABSKI URATOWANY

Dusza pustyni: Jak uratowano oryksa arabskiego przed groźbą wymarcia. Oryks arabski został sklasyfikowany jako wymarły na wolności, ale teraz stada…

KOSMETYKI FENTY SKIN W GLOBALNEJ SIECI

Wprowadzenie produktów Fenty Skin do globalnej sieci sprzedaży detalicznej ?Chcę mieć pewność, że wszyscy mają dostęp do unikalnych produktów do…

JAK TWOJE MIASTO DBA O CIEBIE

Miasta, które dbają o zdrowie mieszkańców. Władze Opola wydały najwięcej na zdrowie w przeliczeniu na mieszkańca, za nim uplasował się…

JAKA SZCZOTECZKA DO ZĘBÓW?

Jak dobrać właściwą szczoteczkę do zębów Na rynku dostępnych jest dziś kilka rodzajów szczoteczek do zębów. Oprócz tradycyjnych są również…

KLESZCZOWE ZAPALENIE MÓZGU

Kleszczowe zapalenie mózgu ? fakty, które warto znać. Wraz z nowym sezonem na kleszcze wielu z nas zetknęło się już…

SZTUCZNA TRZUSTKA JUŻ GOTOWA

Bioniczna trzustka: to już nie fikcja! Bioniczna trzustka czeka na rozpoczęcie badań klinicznych. To nadzieja dla wielu chorych z przewlekłym…

DEKAMERON – WILK W OWCZARNI

DZIEŃ TRZECI Opowieść I Pisownia oryginalna z 1930 roku Masseto z Lamporecchio, udając niemowę, godzi się na służbę do pewnego…

SAMOBÓJSTWA PO 60-TCE

Ukryty problem. Pod względem zachowań samobójczych osoby starsze bardzo różnią się od osób w młodym wieku. Młodzi bowiem zwykle popełniają…

MONITOR Z 240 HZ EKRANEM OLED

LG wprowadza na rynek monitory UltraGear do gier z pierwszym na świecie 240-hercowym ekranem OLED. LG Electronics na targach CES…

ZBADAJ SIŁĘ NIKOTYNOWEGO NAŁOGU

Światowa Organizacja Zdrowia klasyfikuje uzależnienie od nikotyny jako chorobę. Każdy palacz łatwo może sprawdzić, czy jest uzależniony od tego nałogu…

REAKCJA KOMÓREK NA POLE MAGNETYCZNE

Biolodzy po raz pierwszy zaobserwowali reakcje komórek na pole magnetyczne Japońska grupa badaczy po raz pierwszy, w czasie rzeczywistym zaobserwowała,…

PO CO NAM PSYCHOTERAPIA

Psychoterapia to nie rozmowa z przyjaciółką Na psychoterapii nie uzyskamy porady, czy się rozwieść, czy odejść z pracy. Psychoterapeuta nie…

NA DRODZE DO HOMO CYBER

Firma Elona Muska testuje wszczepiane do mózgu chipy, które mają połączyć umysł z komputerem. O możliwej ewolucji Homo sapiens w…

JAK DBAĆ O WĄTROBĘ

Nie tylko unikanie alkoholu. Dowiedz się, jak dbać o wątrobę To nie reklamowane oczyszczające kuracje usuwają toksyny z organizmu. To…

SAULE TECHNOLOGIES – WIZYTA TIMMERMANSA

Frans Timmermans odwiedził Saule Technologies. Frans Timmermans, wiceprzewodniczący wykonawczy Komisji Europejskiej ds. Europejskiego Zielonego Ładu odwiedził wrocławską fabrykę Saule Technolog…

DEKAMERON – SKĄPIEC GRIMALDI

DZIEŃ PIERWSZY Opowieść VIII Pisownia oryginalna z 1930 roku Wilhelm Borsiere ostremi słony wyszydza skąpstwo messera Ermina de Grimaldi. Siedząca…

KRETYNIZM ENDEMICZNY A SÓL JODOWANA

Jak niemal 100 lat temu ustrzegliśmy się poważnej choroby. Niedobór jodu może wywołać chorobę charakteryzującą się głębokim ubytkiem możliwości intelektualnych.…

MASECZKI A PRÓCHNICA

Czy maseczka może sprzyjać powstawaniu próchnicy? To FAKT! Choć noszenie maseczek ochronnych, zakrywających usta i nos, pomaga ograniczać rozprzestrzenianie się…

AKTYWNOŚĆ FIZYCZNA W OGRODZIE

Praca w ogródku to aktywność fizyczna. Zalecana także dla psychiki. Praca w ogrodzie to doskonały sposób na zachowanie zdrowia i…


[CP_CALCULATED_FIELDS id=”7″]

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *

Witryna wykorzystuje Akismet, aby ograniczyć spam. Dowiedz się więcej jak przetwarzane są dane komentarzy.

error

Jeżeli artykuł Ci się podoba, to prosimy udostępnij go innym. :)

Skip to content