“Az idő koncepciója évezredek óta okoz fejfájást a filozófusoknak és fizikusoknak, és a kvantummechanika megjelenése sem tette egyszerűbbé ezt a problémát.”
- mondta Hugo Dil, a svájci EPFL kutatóegyetem fizikusa - “A központi probléma az idő általános szerepe a kvantummechanikában, és különösen a kvantumátmenethez kapcsolódó időskála.”
Az időt sokféleképpen lehet értelmezni: Einstein elmélete szerint az idő relatív (vagy illúzió), Carl Sagan szerint az idő “nem folyik”, hanem benne ragadtunk, és mindannyian vele utazunk a jövő felé, a brit részecskefizikus, Brian Cox szerint pedig a “mi is az idő” kérdésre a legbizarrabb és legegyszerűbb válasz az, hogy nem tudjuk. A kvantumvilágban azonban még tovább bonyolítja a dolgokat, hogy az idő, pontosabban az időtartamok mérése rendkívül nehéz feladat, mivel az események a szempillantás törtrésze alatt zajlanak le, és a megfigyelés maga torzíthatja az eredményeket.
“A kvantumesemények, mint például az alagúteffektus, vagy amikor egy elektron egy foton elnyelésével állapotot vált, elképesztően nagy sebességgel zajlanak.
Némelyikük csupán néhány tíz attoszekundumig (10⁻¹⁸ másodpercig) tart, ami olyan rövid idő, hogy a fény még egy kis vírus szélességén sem tudna áthaladni ezalatt.” - magyarázza az EPFL.
Az attoszekundumos időskálán való mérések megvalósítása nem lehetetlen, de komplikált, és az EPFL fizikusa szerint könnyen eredményezheti a mesterségesen előidézett változások megjelenését, amelyek érvénytelenné tehetik, vagy legalábbis módosítják a mérési eredményeket. Ha el akarjuk képzelni, milyen rendkívül rövid időt jelent egy attoszekundum, akkor nem csak a legkisebb, hanem legnagyobb méretekben kell gondolkoznunk.
"Az attoszekundum a másodperc egymilliárdod részének az egymilliárdod része. Elképzelhetetlenül rövid időskála. Két attoszekundum úgy aránylik egy másodperchez, mint egy másodperc a világegyetem korához."
- magyarázta korábbi interjúnkban Dombi Péter fizikus.
A megoldást Hudo Dil és munkatársai egy speciális módszerben találták meg, amelynek lényege az interferenciák hatásának kihasználása. Az elektronok a fény, azaz a fotonok hatására elhagyják helyüket, kiszabadulnak az atomból, és a spinjük információt hordoz arról, mennyi időbe telt az átmenet, illetve a kvantumfolyamatok lezajlása.
“Amikor a fény gerjeszt egy elektront, az egyszerre több különböző kvantumútvonalat is követhet.
Ezek az útvonalak interferálnak egymással, és ez az interferencia egy meghatározott mintázatként jelenik meg a kibocsátott elektron spinjében. Annak vizsgálatával, hogy ez a spinmintázat hogyan változik az elektron energiájának függvényében, a kutatócsoport ki tudta számítani az átmenet időtartamát.” - írja az EPFL.
A kutatók ezt a hatást kiaknázva többféle anyagon vizsgálták az elektronok kiszabadulásának folyamatát, köztük egyszerűbb atomi szerkezetű és bonyolultabb struktúrájú anyagokon is. Mint kiderült, az egyszerű felépítésű és szimmetrikus anyagokban, például a rézben, sokkal gyorsabban megy végbe az átmenet - mindössze 26 attoszekundumot vesz igénybe -, míg a bonyolultabb, többrétegű anyagokban ugyanaz az átmenet akár 200 attoszekundumig is tarthat. Ez alapján a kvantumesemények időtartamát a struktúra formája, azaz atomi felépítése szabja meg.
“Amellett, hogy alapvető információkat ad arról, mi határozza meg a fotoemisszió során fellépő időkésést, kísérleti eredményeink további betekintést nyújtanak abba, milyen tényezők befolyásolják az időt a kvantumszinten, milyen mértékben tekinthetők a kvantumátmenetek pillanatnyinak, és megnyitják az utat afelé, hogy végre megérthessük az idő szerepét a kvantummechanikában.” - összegezte Dil a kutatás eredményeit.
(Fotó: Bing/MAI-Image-1)
