Οι επιστήμονες αντιστρέφουν τον χρόνο βοηθώντας την έρευνα για την εύρεση της σκοτεινής ύλης

Νέα

Όπως δείχνει μία νέα μελέτη, επιστήμονες από το MIT ανακάλυψαν έναν τρόπο να ενισχύσουν τα -δύσκολα αναγνώσιμα- σήματα των σωματιδίων που βρίσκονται σε κβαντικές αλληλεπιδράσεις. Η μέθοδός τους θα μπορούσε να ανοίξει το δρόμο για καλύτερες μετρήσεις πολλών μικροσκοπικών φαινομένων· από τα ατομικά ρολόγια μέχρι και την αναζήτηση της άπιαστης σκοτεινής ύλης. Η εργασία τους είναι δημοσιευμένη στο Nature Physics.

Είναι μία ενδιαφέρουσα και σίγουρα επιστημονική έρευνα. Εδώ, όμως, ίσως αναρωτηθούμε όλοι: Πώς γίνεται να κάνουμε ισχυρά τα ασθενή σήματα; Με ενίσχυση! Ίσως σας έχει τύχει να προσπαθήσετε να παρακολουθήσετε ένα βίντεο όπου ακόμη και η υψηλότερη ρύθμιση ήχου δεν είναι αρκετά δυνατή στο τηλέφωνό σας και στη συνέχεια χρειάστηκε να κατεβάσετε ένα πρόγραμμα “ενίσχυσης έντασης ήχου” για να μπορέσετε να έχετε ένταση μεγαλύτερη από την αρχική.

Και τα κβαντικά φαινόμενα χρειάζονται απεγνωσμένα μια αύξηση του έντασης! Βασικά, αυτό που κανουν οι φυσικοί είναι να υπερψύχουν άτομα διαφορετικών στοιχείων, μέχρι αυτά να πλησιάσουν όσο το δυνατόν πιο κοντά στο απόλυτο μηδέν. Σε αυτό το σημείο, οι κινήσεις των ατόμων επιβραδύνονται πολύ, καθιστώντας τα αναλύσιμα με γυμνό μάτι. Ή, μάλλον, με το γυμνό μάτι ενός ηλεκτρονικού μικροσκοπίου ή κάποιου άλλου εξαιρετικά λεπτομερούς οργάνου.

Όμως υπάρχει ακόμα ένα πρόβλημα. Μπορεί η επιβράδυνση των ατόμων να μας επιτρέπει να παρατηρούμε πολλά για αυτά, αλλά υπάρχουν αρκετά άλλα φαινόμενα που είναι πολύ μικρά για να τα δούμε, ακόμη και σε αυτήν την περίπτωση και ακόμη και με τα καλύτερα διαθέσιμα εργαλεία. Είναι σαν να προσπαθούμε να κοσκινίσουμε τη λάσπη από την κοίτη του ποταμού για να βρούμε χρυσό, αλλά το πλέγμα του κόσκινου να είναι πολύ ευρύ. Ο χρυσός περνάει μέσα από αυτό. Πλέον έχουμε κάνει ό,τι μπορούσαμε για να φτιάξουμε ένα πιο λεπτό κόσκινο – τώρα πρέπει να συγκεντρώσουμε τον χρυσό αν μπορούμε.

Οι φυσικοί στο MIT έχουν παρατηρήσει ότι τα μικροσκοπικά φαινόμενα εξακολουθούν να ξεφεύγουν από τα όργανά μας. Και δεν είναι μόνοι – η αναζήτηση της σκοτεινής ύλης αποτελεί ένα από τα πιο επιτακτικά ερωτήματα στην Φυσική! Έτσι, το ενδιαφέρον όλων είναι στραμμένο στην εύρεση ενός τρόπου, μέσω του οποίου να μπορούμε να μεταφέρουμε αυτά τα φαινόμενα στη σφαίρα της παρατηρησιμότητας. Σε αυτή την περίπτωση, η λύση περιλαμβάνει κάτι που ακούγεται παράξενο: να γυρίσουμε πίσω τον χρόνο.

Για να μελετήσουν το πως μπορούν πώς να ενισχύσουν τα κβαντικά φαινόμενα, οι επιστήμονες δημιούργησαν νέφη του μεταλλικού στοιχείου Υττέρβιου, με πληθυσμό που κυμαίνεται μεταξύ 50 και 400 ατόμων. Το Υττέρβιο είναι ο πρωταθλητής των ατομικών ρολογιών και κατέχει το ρεκόρ για τον ελάχιστο χρόνο που χάνεται συνολικά. Σε ένα ατομικό ρολόι, τα άτομα παγιδεύονται από λέιζερ και διεγείρονται από ακόμη περισσότερα λέιζερ. Το Υττέρβιο είναι δημοφιλές και για μια άλλη εφαρμογή, τους κβαντικούς υπολογιστές, όπου επίσης παγιδεύεται στη θέση του από λέιζερ και στη συνέχεια διεγείρεται.

Στο πείραμα του MIT, το νέφος Υττέρβιου συγκρατείται από ένα σύστημα λέιζερ και ψύχεται σχεδόν στο απόλυτο μηδέν. Μόλις τα άτομα επιβραδυνθούν αρκετά, από το ακραίο ψύχος, οι επιστήμονες χρησιμοποιούν ένα μπλε λέιζερ για να τα θέσουν σε κατάσταση κβαντικής διεμπλοκής (ή κβαντικός εναγκαλισμός): μια κβαντική κατάσταση όπου τα άτομα αλληλεπιδρούν, παρόλο που τα χωρίζει μια απόσταση, ακόμη και αν αυτή είναι μεγάλη. Στη συνέχεια -και αυτό είναι το μεγάλο νέο- χρησιμοποιούν ένα κόκκινο λέιζερ για να τραβήξουν τα άτομα πίσω, εκτός διεεμπλοκής. Η διαδικασία είναι γνωστή ως «χρονική αντιστροφή», επειδή γυρίζει προς τα πίσω το κβαντικό φαινόμενο.

Εδώ και δεκαετίες, οι επιστήμονες θεωρούσαν πιθανό το ότι με αυτόν τον τρόπο ένα σύστημα μπορεί να αντιστρέψει την ενέργειά του, και πως οτιδήποτε είχε συμβεί στο εναγκαλισμένο σύστημα θα μεγεθύνετο από την αντιστροφή. Χρησιμοποιώντας το κόκκινο λέιζερ και παρατηρώντας τα αποτελέσματα, η ομάδα επιβεβαίωσε ότι αυτό συνέβαινε. Επαναλαμβάνοντας τα πειράματα, παρατήρησαν ότι η αντιστροφή μεγέθυνε τα κβαντικά φαινόμενα έως και 15 φορές.

Η μελέτη αυτή έχει αντίκτυπο στην αναζήτηση της σκοτεινής ύλης. Τα κβαντικά ατομικά ρολόγια αποτελούν αναπόσπαστο μέρος της αναζήτησης για αυτήν. Ας υποθέσουμε ότι υπάρχουν ατομικά ρολόγια σε όλο τον κόσμο, τα οποία μετρούν τον χρόνο με εκπληκτική ακρίβεια. Οι επιστήμονες μπορούν να παρατηρήσουν το πότε και το πώς διαταράσσονται αυτά τα ρολόγια, κάτι που αποτελεί έναν τρόπο για να εντοπίσουν από πού μπορεί να περνά η σκοτεινή ύλη. Όπως θα έκανε δηλαδή ένα σκοτεινό σύννεφο που καλύπτει τον ήλιο, αλλά εδώ αντί του Ήλιου έχουμε τον χρόνο.

Πηγή:
https://www.sciandnature.com/

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *