ساعات ذرية فائقة البرودة تكشف عن تأثيرات الكم على الزمن
لقد طور العلماء ساعات ذرية فائقة البرودة عالية الدقة يمكنها الكشف عن كيفية تأثير فيزياء الكم على تدفق الزمن. من خلال تبريد الذرات إلى ما يقارب الصفر المطلق، تهدف هذه الأجهزة إلى قياس الاختلافات الدقيقة في الزمن التي تنبأت بها نظرية الكم. البحث، المنشور في Nature Communications، يفتح آفاقًا جديدة لاختبار الفيزياء الأساسية.
بحثوا في جامعة وارويك، بقيادة الفيزيائي غافن مورلي، ساعات ذرية فائقة البرودة باستخدام ذرات السترونتيوم المبردة إلى بضعة ملايين من الدرجات فوق الصفر المطلق. تعمل هذه الساعات عن طريق حبس الذرات في شبكات بصرية واستخدام الليزر لتتبع اهتزازاتها، التي تعمل كآلية الدق. دقة هذه الأجهزة تفوق ساعات الذرات التقليدية، مما يسمح ربما باكتشاف التقلبات الكمومية في الزمن التي لا تستطيع الفيزياء الكلاسيكية تفسيرها.
يشمل التجربة وضع ساعتين من هذا النوع جنبًا إلى جنب لمقارنة معدلاتهما على فترات طويلة. 'إذا كان ميكانيكا الكم يؤثر على الزمن، يجب أن نرى فرقًا صغيرًا بين الساعتين'، شرح مورلي في الدراسة. تنص نظرية الكم على أنه على المقاييس المجهرية، قد لا يتدفق الزمن بشكل متساوٍ بسبب تأثيرات مثل التراكب والتشابك، وهو ظاهرة لم يتم اختبارها حتى الآن.
يبني هذا العمل على تقدمات سابقة في ساعات الشبكة البصرية، التي تم عرضها لأول مرة في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين. الإصدار الأحدث، المفصل في ورقة بحثية منشورة في 16 أكتوبر 2024 في Nature Communications، يحقق استقرارًا من الدرجة 10^-18، مما يعني أنه لن يكسب أو يفقد ثانية واحدة على مدى عمر الكون. من خلال عزل التأثيرات الكمومية من الضوضاء البيئية، يمكن للساعات الكشف عن التناقضات المتوقعة من النظريات التي تحاول توحيد ميكانيكا الكم مع النسبية العامة.
تمتد الآثار إلى أبحاث الجاذبية الكمومية وتحسين تقنيات الـGPS، حيث يمكن أن تتراكم حتى الأخطاء الزمنية الدقيقة. ومع ذلك، تبقى التحديات، بما في ذلك توسيع التجربة للكشف عن الاختلافات المتوقعة الصغيرة قدرها 10^-20 ثانية. يخطط الفريق لتحسينات إضافية لدفع هذه الحدود، مما قد يعيد تشكيل فهمنا للزمن على المستوى الكمومي.
لم تجرَ أي تجارب سابقة استكشافًا مباشرًا لتوسع الزمن الكمومي بهذه الطريقة، مما يجعل هذا جهدًا رائدًا في الفيزياء التجريبية.