Bir əsrdən artıqdır ki, fiziklər elmin ən dərin suallarından biri ilə mübarizə aparırlar: Ən kiçik hissəcikləri idarə edən kvant mexanikasının qaydaları kainatı ən böyük miqyasda təsvir edən ümumi nisbilik qanunlarına necə uyğun gəlir?

Ən dəqiq vaxt ölçmə cihazlarından biri olan optik şəbəkəli saat bu böyük problemin öhdəsindən gəlmək üçün istifadə edilən güclü alətə çevrilir. Optik qəfəs saatı daxilində atomlar lazer şüalarının yaratdığı “torlu” potensialda tutulur və kvant koherensiyası və kvant mexanikası ilə idarə olunan qarşılıqlı təsirlərin dəqiq idarə edilməsi ilə manipulyasiya edilir .

Eyni zamanda, Eynşteynin ümumi nisbilik qanunlarına görə, daha güclü qravitasiya sahələrində zaman daha yavaş hərəkət edir. Qravitasiyanın qırmızı sürüşməsi kimi tanınan bu təsir cazibə sahələrindəki mövqelərindən asılı olaraq atomların daxili enerji səviyyələrinin kiçik bir yerdəyişməsinə gətirib çıxarır ki, bu da onların “tikləmələrinin” – optik qəfəs saatlarında vaxtı təyin edən salınımların – dəyişməsinə səbəb olur.

Tədqiqatçılar bu ultra dəqiq saatlarda salınma tezliyinin kiçik yerdəyişmələrini ölçməklə Eynşteynin nisbilik nəzəriyyəsinin kvant sistemlərinə təsirlərini araşdıra bilirlər.

Relyativistik təsirlər ayrı-ayrı atomlar üçün yaxşı başa düşülsə də , atomların qarşılıqlı əlaqədə ola biləcəyi və bir-birinə qarışa biləcəyi çoxbədənli kvant sistemlərində onların rolu əsasən öyrənilməmiş qalır.

Bu istiqamətdə irəliyə doğru bir addım ataraq, JILA və NIST Təqaüdçüləri və Kolorado Universitetinin fizika professorları Jun Ye və Ana Maria Rey-in başçılıq etdiyi tədqiqatçılar Hannoverdəki Leybnits Universiteti, Avstriya Elmlər Akademiyası və İnsbruk Universitetinin alimləri ilə əməkdaşlıq edərək, praktiki protokolların reabilitasiya, qıcıqlanmaya təsirini araşdırmaq üçün təklif etdilər. optik atom saatında kvant dolaşıqlığı və qarşılıqlı təsirlər.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=188&slotname=8188791252&adk=1687169288&adf=4054963813&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1741323760&rafmt=11&format=750×188&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-03-sneaky-clocks-uncovering-einstein-interacting.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTMzLjAuNjk0My4xNDIiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siTm90KEE6QnJhbmQiLCI5OS4wLjAuMCJdLFsiR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEzMy4wLjY5NDMuMTQyIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzMy4wLjY5NDMuMTQyIl1dLDBd&dt=1741323760910&bpp=1&bdt=99&idt=84&shv=r20250305&mjsv=m202502260101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1741323748%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1741323748%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3Dcdf7f2f01784f52d%3AT%3D1735196613%3ART%3D1741323748%3AS%3DAA-Afjb8kbeupLLyQ0QHQmZxpM4v&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=8441801759827&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=3&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=2053&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=95332924%2C95344788%2C95354314%2C95354325%2C95354336%2C31088250%2C31090357%2C95353782&oid=2&pvsid=2953490056040633&tmod=2012634199&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=89

Onların işi qravitasiya effektləri ilə kvant qarşılıqlı təsirinin atom sinxronizasiyası və hissəciklər arasında kvant dolaşıqlığı kimi gözlənilməz hadisələrə səbəb ola biləcəyini ortaya qoydu.

Bu araşdırmanın nəticələri Physical Review Letters jurnalında dərc olunub .

JILA-nın keçmiş aspirantı, hazırda Çikaqo Universitetində doktoranturadan sonrakı tədqiqatçı və məqalənin ilk müəllifi Dr. Anjun Çu izah edir: “Əsas tapıntılarımızdan biri atomlar arasındakı qarşılıqlı təsirlərin onların bir-birinə bağlanmasına kömək edə biləcəyidir ki, indi onlar qravitasiyanın qırmızı yerdəyişməsi səbəbindən müstəqil şəkildə işarələmək əvəzinə vahid sistem kimi davransınlar”.

“Bu, həqiqətən gözəldir, çünki o, kvant qarşılıqlı təsirləri və qravitasiya effektləri arasındakı qarşılıqlı əlaqəni birbaşa göstərir.”

“Ümumi nisbilik [GR] və kvant dolaşıqlığı arasındakı qarşılıqlı əlaqə illərdir fizikləri çaşdırıb” Rey əlavə edir.

“Çətinlik ondan ibarətdir ki, əksər stolüstü təcrübələrdə GR korreksiyaları kiçikdir və onları aşkar etmək olduqca çətin olur. Bununla belə, atom saatları indi görünməmiş dəqiqliyə çatır və bu çətin təsirləri ölçülə bilən diapazona gətirir.

“Bu saatlar eyni vaxtda bir çox atomu sorğu-sual etdiyi üçün GR ​​və çoxbədənli kvant fizikasının kəsişməsini araşdırmaq üçün unikal platforma təmin edir. Bu işdə biz atomların optik boşluqda foton mübadiləsi edərək qarşılıqlı əlaqədə olduğu sistemi araşdırdıq.

“Maraqlıdır ki, biz müəyyən etdik ki, təkbaşına fərdi qarşılıqlı təsirlər saatın tıqqıltısına birbaşa təsir göstərə bilməsə də, onların qırmızı yerdəyişməyə kollektiv təsiri dinamikanı əhəmiyyətli dərəcədə dəyişdirə və hətta atomlar arasında dolaşıq yarada bilər ki, bu da çox həyəcanvericidir.”

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, yeniliklər və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniləmələr əldə edin .Abunə ol

Qravitasiya effektlərinin fərqləndirilməsi

Bu problemi araşdırmaq üçün komanda qravitasiyanın qırmızı sürüşmənin kvant davranışına necə müdaxilə etdiyini müşahidə etmək üçün innovativ protokollar hazırladı.

Onların diqqət yetirdiyi ilk məsələ optik qəfəsli saatda qravitasiya effektlərini kiçik tezliklərin dəyişməsinə səbəb olan digər səs-küy mənbələrindən unikal şəkildə fərqləndirmək idi.

Onlar lazer işığı ilə hissəciklərin daxili vəziyyətlərinin manipulyasiyasını nəzərdə tutan sarğı protokolu adlanan bir texnikadan istifadə etdilər. Soyunma protokolları kvant optikasında standart alət olsa da, bu, qravitasiya effektlərini tənzimləmək üçün istifadə edilən protokolun ilk nümunələrindən biridir.

Sazlanabilirlik kütlə-enerji ekvivalenti kimi tanınan mexanizmə əsaslanır (Eynşteynin məşhur E=mc ² tənliyindən ), bu o deməkdir ki, hissəciyin daxili enerjisindəki dəyişikliklər onun kütləsini incə şəkildə dəyişə bilər. Bu mexanizmə əsasən, həyəcanlanmış vəziyyətdə olan bir atom, əsas vəziyyətdəki eyni atomla müqayisədə bir qədər böyük kütləyə malikdir.

Qravitasiya potensial enerjisindəki kütlə fərqi qravitasiyanın qırmızı sürüşməsinə bərabərdir. Soyunma protokolu iki daxili enerji vəziyyətinin superpozisiyasında qalmaq üçün hissəciklərə nəzarət etməklə kütlə fərqini və beləliklə, qravitasiyanın qırmızı sürüşməsini tənzimləmək üçün çevik bir yol təqdim edir.

Ciddi şəkildə yerdə və ya həyəcanlı vəziyyətdə olmaq əvəzinə, hissəciklər bu iki səviyyə arasında işğal ehtimalının davamlı dəyişməsi ilə eyni vaxtda hər iki vəziyyəti işğal etmək üçün tənzimlənə bilər. Bu texnika tədqiqatçılara qravitasiya effektlərinin ölçüsünü dəqiq tənzimləməyə imkan verən daxili vəziyyətlərə görünməmiş nəzarəti təmin edir.

Beləliklə, tədqiqatçılar həqiqi qravitasiyanın qırmızı sürüşmə effektlərini sistem daxilində maqnit sahəsinin qradiyenti kimi digər təsirlərdən ayıra bildilər.

JILA aspirantı Maya Miklos qeyd edir: “Ünvan verdiyiniz hissəciklərin daxili səviyyələrinin superpozisiyalarını dəyişdirməklə siz qravitasiya effektlərinin nə qədər böyük göründüyünü dəyişə bilərsiniz”. “Bu, kvant səviyyəsində kütlə-enerji ekvivalentini araşdırmaq üçün həqiqətən ağıllı bir yoldur.”

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=188&slotname=8188791252&adk=1687169288&adf=809300024&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1741323818&rafmt=11&format=750×188&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-03-sneaky-clocks-uncovering-einstein-interacting.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTMzLjAuNjk0My4xNDIiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siTm90KEE6QnJhbmQiLCI5OS4wLjAuMCJdLFsiR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEzMy4wLjY5NDMuMTQyIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzMy4wLjY5NDMuMTQyIl1dLDBd&dt=1741323760911&bpp=2&bdt=100&idt=94&shv=r20250305&mjsv=m202502260101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1741323748%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1741323748%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3Dcdf7f2f01784f52d%3AT%3D1735196613%3ART%3D1741323748%3AS%3DAA-Afjb8kbeupLLyQ0QHQmZxpM4v&prev_fmts=0x0%2C750x188%2C728x90&nras=2&correlator=8441801759827&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=3&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=4548&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=779&eid=95332924%2C95344788%2C95354314%2C95354325%2C95354336%2C31088250%2C31090357%2C95353782&oid=2&psts=AOrYGsnkJ_kpppQJj3NM4d8_hvXJXJwmWztBFavha4Ty0CGNQrf8L2HcuFx2edgJ9E2ehF02NdMTpFBaX8ZHiZmbFIbe0NgX&pvsid=2953490056040633&tmod=2012634199&uas=3&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=3&uci=a!3&btvi=3&fsb=1&dtd=57234

Sinxronizasiya və dolaşıqlığı görmək

Həqiqi qravitasiya effektlərini ayırd etmək üçün resept təqdim etdikdən sonra tədqiqatçılar kvant çox bədən dinamikasında qravitasiya təzahürlərini araşdırdılar. Atomları optik boşluğa yerləşdirməklə yaranan foton vasitəçiliyi ilə qarşılıqlı təsirlərdən istifadə etdilər.

Bir atom həyəcanlı vəziyyətdədirsə , boşluğa bir foton buraxaraq əsas vəziyyətinə qayıda bilər. Bu foton mütləq sistemdən qaçmır, lakin əsas vəziyyətdə olan başqa bir atom tərəfindən udula bilər və öz növbəsində onu həyəcanlandırır.

Bu cür enerji mübadiləsi – foton vasitəçiliyi kimi tanınan qarşılıqlı təsir – hissəciklərin bir-birinə fiziki toxuna bilmədikdə belə, qarşılıqlı əlaqədə olması üçün açardır.

Bu cür kvant qarşılıqlı təsirləri boşluq daxilindəki ayrı-ayrı atomlara qravitasiya təsirləri ilə rəqabət apara bilər. Tipik olaraq, qravitasiya sahəsi daxilində müxtəlif “hündürlüklərdə” yerləşdirilən hissəciklər qravitasiyanın qırmızı sürüşməsi səbəbindən “gənə” kimi kiçik fərqlər yaşayır. Hissəciklər arasında qarşılıqlı təsir olmadan, salınım tezliklərindəki cüzi fərq, onların zamanla sinxronizasiyadan çıxmasına səbəb olacaqdır.

Bununla belə, foton vasitəçiliyi ilə qarşılıqlı təsirlər tətbiq edildikdə, diqqətəlayiq bir şey baş verdi: hissəciklər cazibə qüvvəsinin yaratdığı salınım tezliklərindəki fərqlərə baxmayaraq, sinxronlaşmağa başladılar.

Çu deyir: “Bu, valehedicidir”. “Hər zərrəciyi öz kiçik saatı kimi düşünə bilərsiniz. Lakin onlar qarşılıqlı əlaqədə olduqda, cazibə qüvvəsi onların vaxtını ayırmağa çalışsa da, onlar bir-biri ilə səsləşməyə başlayırlar.”

Bu sinxronizasiya qravitasiya effektləri ilə kvant qarşılıqlı təsirləri arasında maraqlı qarşılıqlı əlaqəni nümayiş etdirdi, burada sonuncu qravitasiyanın qırmızı sürüşməsi nəticəsində yaranan təbii desinxronizasiyanı üstələyə bilər.

Bu sinxronizasiya sadəcə qəribəlik deyildi – o, həm də hissəciklərin bir-biri ilə əlaqəli olduğu və birinin vəziyyətinin digərinə dərhal təsir etdiyi bir fenomen olan kvant dolaşıqlığının yaranmasına səbəb oldu.

Maraqlıdır ki, tədqiqatçılar sinxronizasiya sürətinin dolayı dolaşma ölçüsü kimi də xidmət edə biləcəyini və iki təsir arasındakı qarşılıqlı əlaqənin kəmiyyətini qiymətləndirmək üçün bir fikir təklif etdiyini tapdılar.

“Sinxronizasiya, qravitasiyanın qırmızı sürüşməsi və kvant qarşılıqlı təsirləri arasında rəqabəti ortaya qoyan ilk fenomendir ” deyə JILA-nın doktorluqdan sonrakı tədqiqatçısı Dr. Kyungtae Kim əlavə edir. “Bu, bu iki qüvvənin bir-birini necə balanslaşdırdığına bir pəncərədir.”

Bu tədqiqat fizikanın bu iki sahəsi arasında ilkin qarşılıqlı əlaqəni aşkarlasa da, hazırlanmış protokollar eksperimental texnikaları təkmilləşdirməyə kömək edə bilər və onları kvant hesablamalarından fundamental fizika təcrübələrinə qədər tətbiqlərlə daha da dəqiqləşdirir.

Rey deyir: “Bu GR ilə asanlaşdırılan dolaşıqlığın aşkar edilməsi təməlqoyma nailiyyəti olardı və bizim nəzəri hesablamalarımız onun cari və ya yaxın müddətli eksperimentlər üçün əlçatan olduğunu göstərir”.

Gələcək təcrübələr hissəciklərin müxtəlif şəraitdə necə davrandığını və ya qarşılıqlı təsirlərin cazibə effektlərini necə gücləndirə biləcəyini araşdıra bilər və bizi müasir fizikanın iki böyük sütununu birləşdirməyə yaxınlaşdıra bilər.

Ətraflı məlumat: Anjun Chu et al, Optik Şəffaf Saatda Kütlə-Enerji Ekvivalenti, Qarşılıqlı Təsirlər və Dolaşma arasında Dinamik Qarşılıqlılığın Tədqiqi, Fiziki İcmal Məktubları (2025). DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.093201 . arXiv- də : DOI: 10.48550/arxiv.2406.03804

Jurnal məlumatı: Fiziki İcmal məktubları , arXiv  

JILA tərəfindən təmin edilmişdir