Ultrakalla atomerklokor undersöker kvanteffekter på tiden
Forskare har utvecklat mycket precisa ultrakalla atomerklokor som kan upptäcka hur kvantfysik påverkar tidens flöde. Genom att kyla atomer till nära absolut noll, syftar dessa enheter till att mäta subtila tidsvariationer förutsagda av kvantteorin. Forskningen, publicerad i Nature Communications, öppnar nya vägar för att testa grundläggande fysik.
Forskare vid University of Warwick, ledda av fysikern Gavin Morley, har skapat ultrakalla atomerklokor med strontiumatomer kylda till bara några miljoner grader över absolut noll. Dessa klockor fungerar genom att fånga atomerna i optiska gitter och använda lasrar för att spåra deras vibrationer, som fungerar som tikmekanism. Precisionen hos dessa enheter överträffar traditionella atomerklokor och kan potentiellt upptäcka kvantfluktuationer i tiden som klassisk fysik inte kan förklara.
Experimentet innebär att placera två sådana klockor sida vid sida för att jämföra deras hastigheter över längre perioder. 'Om kvantmekanik påverkar tiden bör vi se en liten skillnad mellan de två klockorna', förklarade Morley i studien. Kvantteorin antyder att på mikroskopiska skalor kanske tiden inte flyter jämnt på grund av effekter som superposition och intrassling, ett fenomen som inte testats tidigare.
Detta arbete bygger på tidigare framsteg inom optiska gitterklockor, som först demonstrerades i början av 2000-talet. Den senaste versionen, detaljerad i en artikel publicerad den 16 oktober 2024 i Nature Communications, uppnår stabilitet i storleksordningen 10^-18, vilket betyder att den varken skulle vinna eller förlora en sekund över universums ålder. Genom att isolera kvant-effekter från miljöbrus kan klockorna avslöja avvikelser förutsagda av teorier som försöker förena kvantmekanik med allmän relativitetsteori.
Implikationerna sträcker sig till kvantgravitationsforskning och förbättrade GPS-teknologier, där även små tidsfel kan ackumuleras. Utmaningar kvarstår dock, inklusive att skala experimentet för att detektera förutsagda variationer så små som 10^-20 sekunder. Teamet planerar ytterligare förfiningar för att pressa dessa gränser, vilket potentiellt kan omforma vår förståelse av tiden på kvantnivå.
Inga tidigare experiment har direkt undersökt kvant-tidsdilatation på detta sätt, vilket gör detta till ett banbrytande arbete inom experimentell fysik.