У перспективі це дасть змогу створити ще більш точний атомний годинник, який можна буде застосовувати для замірів сили гравітації та спостережень за іншими процесами в навколишньому світі.
Фізики зі США та Франції розробили підхід, що дає змогу використовувати квантові стани, аналогічні за своїми властивостями «коту Шредінгера», для підвищення точності роботи атомного годинника. Про це повідомила пресслужба Університету штату Колорадо (UCBoulder).
«Ми вперше продемонстрували, що цей підхід дає змогу досягти, а в перспективі – також і обійти квантову межу з точності вимірів, що є головною метою для всіх розробників атомних годинників. Нам вдалося цього домогтися, кілька разів розбивши час, що заміряється, на набори з дедалі коротших відрізків», – заявив професор UCBoulder Адам Кауфман, чиї слова наводить пресслужба вишу.
Дослідники вже багато років працюють над створенням дедалі точніших атомних годинників, що дають змогу заміряти час за тим, з якою швидкістю атоми стронцію, цезію, ітербію та деяких інших елементів «перемикаються» між енергетичними станами під час опромінення лазером. Швидкість цих перемикань залежить виключно від внутрішнього устрою атомів, чим фізики користуються для максимально точного відліку часу.
Швидке зростання якості роботи атомного годинника призвело до того, що зараз фізики наблизилися до так званої стандартної квантової межі – фундаментального обмеження в точності вимірів, що накладається принципом невизначеності Гейзенберга. Існування цієї межі пов’язане з тим, що фізики можуть точно виміряти або положення атома і будь-якої іншої квантової частинки, або ж швидкість її руху.
Дослідники з’ясували, що цей ліміт можна обійти, якщо використовувати в атомному годиннику набір із кількох «заплутаних» атомів стронцію-88, які схожі за своїми квантовими властивостями на «кота Шредінгера». Це проявляється в тому, що під час проведення замірів усі «заплутані» атоми набуватимуть одного з двох можливих квантових станів, які є аналогами «живого» і «мертвого» кота з уявного експерименту 1935 року.
Проведені вченими досліди показали, що комбінація з чотирьох і більше атомів стронцію, «заплутаних» у такий спосіб, дає змогу значним чином знизити рівень похибок вимірів і вийти на точність вимірів коливань, яку можна порівняти зі стандартною квантовою межею. У перспективі, це дасть змогу створити ще більш точний атомний годинник, який можна буде застосовувати для замірів сили гравітації та спостережень за іншими процесами в навколишньому світі.
Про кота Шредінгера
«Кіт Шредінгера» являє собою «учасника» уявного експерименту, який був сформульований у 1935 році Ервіном Шредінгером. Для демонстрації абсурдності квантової механіки він запропонував помістити в зачинену шухляду кота і механізм, що відкриває місткість з отрутою в разі розпаду радіоактивного атома.
Ця подія може статися в будь-який довільний момент часу, після чого тварина загине, проте вчені не можуть передбачити цього або дізнатися, що кіт помер, не відкривши скриньку. З цієї причини, кіт буде одночасно і живим, і мертвим, якщо розглядати цю ситуацію відповідно до принципів квантової фізики. Коректність цього припущення була тисячі разів доведена фізиками для великої кількості різних квантових об’єктів.