Időmérés a kvantumszinten
Az anyagi világ legkisebb léptékein zajló folyamatok hihetetlenül gyorsak. Ilyen például a kvantumos alagúteffektus, vagy amikor egy elektron új energiaszintre lép. Ezek akár mindössze néhány tíz attoszekundum (10^-18 másodperc) alatt végbemehetnek: ez annyira rövid idő, hogy még a fény sem lenne képes eközben áthaladni egy víruson. Épp ezért ezeknek a röpke pillanatoknak a pontos mérése óriási kihívás, hiszen bármilyen külső időmérő eszköz könnyen megzavarhatja ezt a kényes kvantumfolyamatot.
Új mérési módszer óra nélkül
A kutatók most egy teljesen új eljárást dolgoztak ki, amelyhez nincs szükség külső időreferenciára. Amikor egy anyagban lévő elektron elnyel egy fotont, és ezért kilép, magával viszi az információt, a spinjében kódolva. Ez a spin attól függően változik, hogyan ment végbe a kvantumos átmenet. Ezt a változást követve sikerült meghatározni, pontosan mennyi ideig tart az átalakulás. A módszer neve spin- és szögfelbontású fotoemissziós spektroszkópia (SARPES): ennek során erős szinkrotronfényt bocsátanak az anyagra, és vizsgálják a kiszökő elektronok energiáját, irányát és spinjét.
Az anyagszerkezet befolyásolja az időt
A kísérletben eltérő felépítésű anyagokat vizsgáltak: háromdimenziós rezet, valamint rétegzett szerkezetű titán-diszelenidet (TiSe) és titán-ditelluridot (TiTe), illetve láncszerű réztelluridot (CuTe). Izgalmas eredmények születtek: minél egyszerűbb, kevesebb irányban összekapcsolt az anyag atomi szerkezete, annál tovább tartott a kvantumos átmenet. A háromdimenziós réz esetében alig 26 attoszekundumig tartott a folyamat. A rétegzett anyagoknál (TiSe, TiTe) már 140–175 attoszekundumig, míg a nagyon egyszerű, láncos CuTe esetében 200 attoszekundum fölé nőtt.
Mérföldkő a kvantumidő kutatásában
Ennek köszönhetően végre pontosabban érthetjük a kvantumvilágban eltelt idő mibenlétét, sőt, fény derült arra is, hogy a kevésbé szimmetrikus anyagok lassítják ezeket a folyamatokat. Az új módszer nemcsak alapkutatás szempontjából fontos: segíthet olyan anyagok fejlesztésében, amelyeknél mérnöki pontossággal kell szabályozni a kvantumállapotokat. Ez kulcsfontosságú lehet a jövő elektronikájában, kvantumszámítógépekben vagy újfajta szenzoroknál is. A kérdés azonban korántsem ilyen egyszerű – most viszont új eszköz van a kutatók kezében, hogy közelebb jussanak az idő kvantumos megértéséhez.
