يمكن تقدير الوقت في عالم الساعات الدقاقة والبندولات المتأرجحة بطريقة بسيطة لعد الثواني بين “اللحظة الحالية” و”التالية”.

ومع ذلك، لايمكن دائمًا توقع انخفاض المقياس الكمي من الإلكترونات الصاخبة، والأسوأ من ذلك أن “الآن” غالبًا ما تتحول إلى ضباب من عدم اليقين ولن تقوم ساعة الإيقاف ببساطة بقطعها لبعض السيناريوهات.

وفقًا لباحثين من جامعة أوبسالا في السويد، يمكن العثور على حل محتمل في شكل الضباب الكمي نفسه، حيث كشفت تجاربهم على الطبيعة الشبيهة بالموجة لشيء يُسمى حالة ريدبيرج التي كشفت عن طريقة جديدة لقياس الوقت دون أن تتطلب بداية دقيقة.

 ذرات ريدبيرج هي البالونات المتضخمة في مملكة الجسيمات.

تملئ هذه الذرات بالليزر بدلاً من الهواء وتحتوي 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؛ في الواقع يُستخدم الليزر بشكل روتيني لدغدغة الإلكترونات وجعلها في حالات طاقة أعلى من أجل استخدامها في عدة أمور.

في بعض التطبيقات، يمكن استخدام ليزر ثانٍ لمراقبة التغيرات في موضع الإلكترون مع مرور الوقت. فعلى سبيل المثال، يمكن استخدام تقنيات “مسبار المضخة” لقياس سرعة بعض الإلكترونيات فائقة السرعة.

تحفيز الذرات في حالات ريدبيرج تكون بمثابة خدعة مفيدة للمهندسين. فعندما يتعلق الأمر بتصميم مكونات جديدة لأجهزة الكمبيوتر الكمّية، لا داعي للقول إن الفيزيائيين قد جمعوا قدرًا كبيرًا من المعلومات حول الطريقة التي تتحرك بها الإلكترونات عند دفعها إلى حالة ريدبيرج.

وتمامًا مثل الموجات في بركة المياه، فإن وجود أكثر من حزمة موجية ريدبيرج تتموج في الفضاء يخلق تداخلاً ينتج عنه أنماط فريدة من التموجات.

 إلقاء ما يكفي من حزم موجية ريدبيرج في نفس البركة الذرية سيشكل أنماطًا فريدة تعكس الوقت المثالي الذي تستغرقه حزم الموجات لتتوافق مع بعضها البعض.

لقد كانت هذه “بصمات الزمن” التي شرع الفيزيائيون وراء هذه المجموعة الأخيرة من التجارب للاختبار، مما يدل على أنها مُتّسقة وموثوقة بما يكفي لتكون بمثابة شكل من أشكال الطوابع الزمنية الكمّية.

تضمن بحثهم قياس نتائج ذرات الهليوم المثارة بالليزر ومطابقة نتائجهم بالتوقّعات النظرية لإظهار كيف يمكن لنتائجهم التوقيعية أن تستمر لفترة من الوقت.

كما أوضحت عالمة الفيزياء مارتا بيرهولتس من جامعة أوبسالا في السويد والتي قادت الفريق لمجلة New Scientist: “إذا كنت تستخدم عدادًا؛ فعليك تحديد الصفر وتبدأ العد في مرحلةٍ ما”.

وأضافت: “تتمثل فائدة هذا الأمر في أنك لست مضطرًا لبدء الساعة، ما عليك سوى إلقاء نظرة على بنية التداخل، حسنًا لقد كانت 4 نانو ثانية”.

يمكن استخدام كتاب إرشادي لحزم موجية 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.

الأهم من ذلك، أنها لا تتطلب أي من البصمات الزمنية بين الحين والآخر لتكوين نقطة بداية للوقت وتوقفه.

من خلال البحث عن علامات حالات ريدبيرج المتداخلة وسط عينة من ذرات مسبار الضخ يمكن للفنيين ملاحظة الطابع الزمني للأحداث التي لا تتجاوز 1.7 تريليون جزء من الثانية.

يمكن في تجارب الساعات الكمّية المستقبلية أن تستبدل الهيليوم بذرات أخرى أو حتى تستخدم نبضة ليزر بطاقات مختلفة لتوسيع نطاق الدليل الإرشادي للطوابع الزمنية لتلائم نطاقًا أوسع من الظروف.

المصدر: https://www.sciencealert.com

ترجمة: مروة حسين أحمد

مراجعة وتدقيق: زينب محمد