iunie 16, 2024

Obiectiv Jurnalul de Tulcea – Citeste ce vrei sa afli

Informații despre România. Selectați subiectele despre care doriți să aflați mai multe

Încălcarea vitezei luminii: misterul tunelului cuantic

Încălcarea vitezei luminii: misterul tunelului cuantic

Tunnelul cuantic permite particulelor să ocolească barierele energetice. A fost propusă o nouă modalitate de a măsura timpul necesar particulelor până la tunel, ceea ce poate contesta afirmațiile anterioare cu privire la vitezele de tunel ultraușoare. Această metodă implică utilizarea atomilor ca ceasuri pentru a detecta diferențele de timp minute. Credit: SciTechDaily.com

Într-un fenomen uimitor al fizicii cuantice cunoscut sub numele de tunel, particulele par să se miște mai repede decât viteza luminii. Cu toate acestea, fizicienii de la Darmstadt cred că timpul petrecut de particule în tunel a fost măsurat incorect până acum. Ei propun o nouă modalitate de a opri viteza particulelor cuantice.

În fizica clasică există legi stricte care nu pot fi ocolite. De exemplu, dacă o minge care rulează nu are suficientă energie, nu va putea trece peste deal; În schimb, va coborî înainte de a ajunge la vârf. În fizica cuantică, acest principiu nu este în întregime strict. Aici, o particulă poate traversa o barieră, chiar dacă nu are suficientă energie pentru a o traversa. Se comportă ca și cum ar aluneca printr-un tunel, motiv pentru care acest fenomen este cunoscut și sub denumirea de „tunnel cuantic”. Departe de a fi doar magie teoretică, acest fenomen are aplicații practice, cum ar fi în funcționarea unităților de memorie flash.

Tunnel cuantic și relativitate

În trecut, experimentele cu particule mai rapide decât lumina au atras atenția. La urma urmei, teoria relativității a lui Einstein interzice viteze mai mari decât lumina. Întrebarea este, prin urmare, dacă timpul necesar tunelului a fost „întrerupt” în mod corespunzător în aceste experimente. Fizicienii Patrick Schach și Eno Giese de la Universitatea din Darmstadt urmează o nouă abordare pentru a determina „timpul” unei particule de tunel. Ei au propus acum o nouă modalitate de a măsura această dată. În experimentul lor, ei l-au măsurat într-un mod care cred că este mai potrivit pentru natura cuantică a tunelului. Și-au publicat designul experimentului în celebra revistă Avansarea științei.

Dualitate undă-particulă și tunel cuantic

Conform fizicii cuantice, particulele mici, cum ar fi atomii sau particulele de lumină, au o natură duală.

READ  O minge de foc luminează cerul nopții din New Jersey după zile de eclipse și cutremure

În funcție de experiment, ele se comportă ca niște particule sau ca niște unde. Tunnelul cuantic evidențiază natura ondulatorie a particulelor. Un „pachet de valuri” se rostogolește spre barieră, similar cu curgerea apei. Înălțimea undei indică probabilitatea ca o particule să se materializeze în acea locație dacă poziția ei ar fi măsurată. Dacă un pachet de undă lovește o barieră energetică, o parte din acesta este reflectată. Cu toate acestea, o mică porțiune pătrunde în barieră și există o mică posibilitate ca particula să apară pe cealaltă parte a barierei.

Reevaluarea vitezei tunelului

Experimentele anterioare au observat că o particulă ușoară a parcurs o distanță mai mare după tunel decât o particulă care avea o cale liberă. Prin urmare, ar fi călătorit mai repede decât lumina. Cu toate acestea, cercetătorii au trebuit să determine locația particulei după ce aceasta a trecut. Au ales cel mai înalt punct din pachetul de val.

„Dar particula nu urmează o cale în sensul clasic”, obiectează Eno Giese. Este imposibil să se determine exact unde se afla o particulă la un moment dat. Acest lucru face dificil să se facă declarații despre timpul necesar pentru a ajunge de la A la B.

O nouă abordare pentru măsurarea timpului de tunel

Pe de altă parte, Shash Brief este ghidat de un citat din Albert Einstein: „Timpul este ceea ce citești pe ceas”. Ei propun folosirea particulei tunelului ca un ceas. A doua particulă necheltuită acționează ca referință. Prin compararea acestor două ceasuri naturale, este posibil să se determine dacă timpul trece mai lent, mai repede sau cu aceeași viteză în timpul tunelului cuantic.

READ  ADN-ul antic din Denisovan ar putea crește riscul oamenilor moderni de a dezvolta tulburări de sănătate mintală, cum ar fi depresia

Natura ondulatorie a particulelor facilitează această abordare. Oscilația undelor este ca oscilația unui ceas. Mai exact, Schach și Giese propun utilizarea atomilor ca ceasuri. Nivelurile de energie ale atomilor oscileaza la anumite frecvente. După adresarea lui A porumb Cu un impuls laser, nivelurile lor inițial oscilează sincron – pornește ceasul atomic. În timpul tunelului, ritmul se schimbă ușor. Un al doilea impuls laser face ca cele două unde interne ale atomului să se suprapună. Detectarea interferențelor face posibilă măsurarea distanței între două unde de nivel de energie, care, la rândul său, reprezintă o măsurare precisă a timpului scurs.

În ceea ce privește cel de-al doilea atom, care nu este tunelat, acesta servește ca referință pentru măsurarea diferenței de timp dintre tunelurile săpate și nu tunelurile săpate. Calculele fizicienilor sugerează că particulele din tunel vor apărea puțin mai târziu. „Ceasul care a fost săpat prin tunel este puțin mai vechi decât celălalt ceas”, spune Patrick Schach. Acest lucru pare să contrazică experimentele care au atribuit viteza luminii tunelului.

Provocarea implementării experimentului

În principiu, testul ar putea fi făcut folosind tehnologia actuală, spune Schach, dar prezintă o provocare uriașă pentru experimente. Acest lucru se datorează faptului că diferența de timp care trebuie măsurată este de numai aproximativ 10-26 Secunde – un timp foarte scurt. Fizicianul explică că ajută la folosirea norilor de atomi ca ceasuri în loc de atomi individuali. De asemenea, este posibil să se amplifice efectul, de exemplu prin creșterea artificială a frecvențelor ceasului.

„Discutăm în prezent această idee cu colegii noștri experimentali și suntem în contact cu partenerii noștri de proiect”, adaugă Gizzi. Este foarte probabil ca echipa să decidă în curând să efectueze acest experiment interesant.

READ  Marte are un rezervor imens de apă care ar putea umple Marea Roșie a Pământului • Earth.com

Referință: „Teoria unificată a timpului tunelului promovată de ceasurile Ramsey” de Patrick Schach și Eno Giese, 19 aprilie 2024, Avansarea științei.
doi: 10.1126/sciadv.adl6078