Физики из Массачусетского технологического института (MIT) и Университета Сиднея сообщили о прорыве в квантовой физике, который позволяет обойти один из фундаментальных законов, определяющих поведение атомов. Это открытие может стать основой для создания межзвездного GPS и автономной навигации в глубоком космосе, сообщает Popular Mechanics.

Результаты двух независимых исследований, опубликованных в журналах Nature и Science Advances, могут изменить принципы измерения времени. Открытие поможет создать новые поколения атомных часов, способных работать даже в межзвездном пространстве.

Атомные часы, которые используются в спутниках GPS, отслеживают движение электронов внутри атомов и обеспечивают точность до одной секунды на 10 миллионов лет. Они измеряют частоты электромагнитного излучения, необходимого для перехода электрона между энергетическими уровнями. Новые разработки в этой области могут поднять эту точность на беспрецедентный уровень.

[see_also ids="656912"]

Команда MIT под руководством профессора физики Владана Вулетича применила метод квантового запутывания — взаимосвязи между атомами, чтобы преодолеть предел стабильности в сверхточных оптических атомных часах. Эти устройства, которые работают с атомами иттербия, фиксируют колебания частиц с частотой, позволяющей измерять интервалы времени до 100 триллионных долей секунды. Запутывание атомов с помощью лазерного света позволило вдвое повысить точность измерений.

"Благодаря квантово-механической запутанности можно создавать часы, которые будут работать лучше для заданного количества частиц", — объяснил Вулетич. Это позволяет эффективно обойти квантовую границу, известную как принцип неопределенности Гейзенберга, который ограничивает точность измерения свойств частиц.

Физики из Университета Сиднея под руководством Тингрея Тана и Кристофа Валаха подошли к проблеме с другой стороны. Им удалось одновременно измерять положение и импульс квантовой системы, не нарушая принцип неопределенности. Это стало возможным благодаря методике, которая сосредотачивается на измерении микроскопических изменений в системе, игнорируя глобальные параметры.

[see_also ids="650395"]

"Мы фактически теряем информацию. Нас интересуют только очень незначительные изменения, поэтому именно так мы можем получить эту новую границу неопределенности и как бы обойти принцип Гейзенберга", — объяснил Валаху.

По словам Тана, новые технологии могут найти применение в атомных часах, работающих с высокоионизированными атомами — еще более точных, чем те, что базируются на стронции или итербии. Его команда предлагает использовать метод "квантовой логической спектроскопии", который базируется на высокоточном измерении малых смещений положения и импульса частиц.

Специалисты отмечают, что эти достижения могут стать фундаментом для будущих систем автономной навигации в космосе. Сеть сверхточных атомных часов могла бы обеспечить работу межзвездного GPS или использоваться непосредственно на борту космических аппаратов.

Ранее физики из Университета Квинсленда разработали новую модель, расширяющую концепцию пространства-времени Алькубьерре и гипотетически допускающую путешествия во времени. Они объединили теорию "варп-пузыря" Алькубьерре, которая позволяет манипулировать пространством-временем для движения быстрее света с идеей Курта Геделя о "замкнутых времяподобных кривых".