Marcar a passagem do tempo em um mundo de relógios e pêndulos é um simples caso de contar os segundos entre “então” e “agora”. Uma equipe de cientistas acaba de descobrir uma maneira totalmente nova de medir o tempo.

Na escala quântica do zumbido de elétrons, o “então” nem sempre pode ser antecipado. E o que é pior, o “agora” muitas vezes é borrado em uma névoa de incerteza. Um cronômetro não é suficiente para algumas situações.

Uma possível solução poderia ser encontrada na forma da própria névoa quântica, de acordo com pesquisadores da Universidade de Uppsala, na Suécia.

Uma nova forma de medir o tempo

Seus experimentos sobre a natureza ondulatória de um estado chamado Rydberg revelaram uma nova maneira de medir o tempo que não requer um ponto de partida preciso.

Os átomos de Rydberg são os “balões superinflados” do reino das partículas. Inflados com lasers em vez de ar, esses átomos contêm elétrons em estados de energia extremamente altos, orbitando longe do núcleo.

É claro que nem todas as bombas a laser precisam inflar um átomo em proporções de desenho animado. Na verdade, os lasers são rotineiramente usados ​​para fazer cócegas nos elétrons em estados de energia mais altos para uma variedade de usos.

Em algumas aplicações, um segundo laser pode ser usado para monitorar as mudanças na posição do elétron, incluindo a passagem do tempo. Essas técnicas de “pump-probe” podem ser usadas, por exemplo, para medir a velocidade de certos dispositivos eletrônicos ultrarrápidos.

Induzir átomos em estados de Rydberg é um truque muito útil para engenheiros, especialmente ao projetar novos componentes para computadores quânticos.

Desnecessário dizer que os físicos acumularam uma grande quantidade de informações sobre a maneira como os elétrons se movem quando empurrados para um estado de Rydberg.

No entanto, sendo “animais quânticos”, seus movimentos são menos parecidos com os de contas deslizando em um minúsculo ábaco, e mais como os de uma noite na mesa de roleta, onde cada rolar e cada salto da bola são espremidos em um único jogo de chance.

Ondas de Rydberg

O livro de regras matemáticas por trás deste jogo selvagem de Rydberg Electron Roulette é chamado de Rydberg Wave Packet.

Assim como ondulações reais em uma lagoa, ter mais de um pacote de ondas Rydberg ondulando em um espaço cria interferência, dando origem a padrões de ondas únicas.

Se pacotes de ondas Rydberg suficientes forem lançados no mesmo pool atômico, cada um desses padrões únicos representará o tempo que leva para os pacotes de ondas evoluírem de acordo com os outros.

Os físicos por trás desta última série de experimentos decidiram testar essas “impressões digitais” do tempo, mostrando que eram consistentes e confiáveis ​​o suficiente para servir como um carimbo de data e hora quântico.

Sua pesquisa envolveu medir os resultados de átomos de hélio excitados por laser e compará-los com as previsões teóricas para mostrar que os resultados de suas assinaturas poderiam substituir o período de tempo.

Marta Berholts, da Universidade de Uppsala (Suécia) e que liderou a equipe, disse à New Scientist:

“Se você usa um contador, você tem que definir zero. Você começa a contar em algum momento. A vantagem disso é que você não precisa iniciar o relógio: basta olhar para a estrutura de interferência e dizer ‘ok, passaram 4 nanossegundos’”.

Um livro-guia de pacotes de ondas de Rydberg em evolução poderia ser usado em combinação com outras formas de espectroscopia de sonda de bomba que medem eventos em uma escala minúscula, quando de vez em quando eles são menos claros ou simplesmente muito inconvenientes para medir.

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É importante notar que nenhum dos traços requer um então e agora para servir como ponto de partida e parada para o tempo. Seria como medir a corrida de um velocista desconhecido contra uma série de competidores correndo em velocidades estabelecidas.

Ao procurar a assinatura de estados de Rydberg interferentes entre uma amostra de átomos da sonda de bombeamento, os técnicos puderam observar um registro de data e hora para eventos tão fugazes quanto apenas 1,7 trilionésimos de segundo.

Futuros experimentos de vigilância quântica podem substituir outros átomos por hélio, ou até mesmo usar pulsos de laser de diferentes energias, para ampliar o guia de carimbo de data e hora para atender a uma ampla gama de condições.

Os resultados da pesquisa foram publicados na Physical Review Research.

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