Materiya to'lqinli soat - Matter wave clock

A modda to'lqinli soat ning bir turi soat uning ishlash printsipi materiyaning aniq to'lqin xususiyatlaridan foydalanadi.

Materiya to'lqinlari birinchi tomonidan taklif qilingan Lui de Broyl va ba'zan ularni de Broyl to'lqinlari deb atashadi. Ular asosiy jihatini tashkil etadi to'lqin-zarracha ikkilik va tajribalar shundan beri g'oyani qo'llab-quvvatladi. An kabi massa zarrasi bilan bog'liq bo'lgan to'lqin atom, aniqlangan chastota, va tepalikdan tepalikka qadar bir tsiklning sobit davomiyligi, ba'zan uni deyiladi Kompton davriyligi. Bunday materiya to'lqini oddiy soatning xususiyatlariga ega, chunki u belgilangan va teng vaqt oralig'ini belgilaydi. The egizaklar paradoks kelib chiqadi Albert Eynshteyn nazariyasi nisbiylik harakatlanuvchi zarracha harakatsiz zarrachadan bir oz farq qiladigan davrga ega bo'lishini anglatadi. Ikkita shunday zarrachalarni taqqoslash amaliy "Compton soatini" yaratishga imkon beradi.[1]

Soatlar kabi materiya to'lqinlari

De Brogil ushbu chastotani taklif qildi f moddaning to'lqiniga teng E/h, qayerda E zarrachaning umumiy energiyasi va h bu Plankning doimiysi. Tinchlikdagi zarracha uchun relyativistik tenglama E=mc2 ning chiqarilishiga imkon beradi Kompton chastotasi f ga teng bo'lgan harakatsiz massiv zarra uchun mc2/h.

De Broyl ham to'lqin uzunligini taklif qildi λ chunki harakatlanuvchi zarracha teng edi h/p qayerda p zarrachaning impulsidir.

Davr (to'lqinning bitta aylanishi) 1 / ga tengf.

Bu aniq Kompton davriyligi modda to'lqinining soat uchun zaruriy sharti, deyiladi va shu bilan har qanday bunday zarrachani asosiy soat deb hisoblash mumkin. Ushbu taklif "Tosh - bu soat" deb nomlangan.[2]

Ilovalar

Myuller "Kvant mexanikasi, materiya to'lqinlari va harakatlanuvchi soatlar" maqolasida "modda to'lqinlarining materiya to'lqinlari soati sifatida ta'rifi ... yaqinda umumiy nisbiylik sinovlari, modda to'lqinlari tajribalari, asoslari uchun qo'llanilgan. kvant mexanikasi, kvant kosmik vaqt dekoherentsiyasi, moddaning to'lqin soati / massa standarti va kvant mexanikasida to'g'ri vaqtning o'rni mavzusidagi munozaraga olib keldi, odatda kovariant va shuning uchun egri makon-zamonda foydalanish uchun juda mos keladi Masalan, tortishish to'lqinlari. "[3]

Ta'siri

O'zining "Kvant mexanikasi, materiya to'lqinlari va harakatlanuvchi soatlar" maqolasida Myuller "[model] ham juda ko'p tortishuvlarga sabab bo'ldi. Kvant mexanikasining keng doirasi ... bu ta'rifdan voz kechildi qisman, chunki bu relyativistik kvant nazariyasini olish yoki spinni izohlash uchun ishlatilishi mumkin emas edi. Soat tasvirining o'rnini bosuvchi tavsiflar ushbu maqsadlarga erishadi, ammo ishlatilgan tushunchalarni rag'batlantirmaydi ... Biz ... tavsifini tuzamiz. Shunday qilib, biz Dirak tenglamasiga teng bo'lgan fazoviy vaqt yo'lining integraliga etib boramiz.Bu hosil bo'lish De-Broylning materiya to'lqinlari nazariyasi tabiiy ravishda spin-1/2 zarrachalarga olib borishini ko'rsatadi, bu Feynman izlash bilan bog'liq. Dirac tenglamasiga teng bo'lgan 3 + 1 fazo va vaqt o'lchovlaridagi yo'l amplitudasi formulasi uchun, u Dirak zarrachasining tarqalishining yangi intuitiv talqinini beradi va standart kvant mexanikasining barcha natijalarini takrorlaydi. jumladan, go'yoki unga zid bo'lgan narsalar. Shunday qilib, u tortishish qizil siljishining rolini va kvant mexanikasidagi tegishli vaqtni yoritadi. "[3]

Qarama-qarshilik

Soat sifatida to'lqinlarning nazariy g'oyasi ba'zi tortishuvlarga sabab bo'ldi va qattiq tanqidlarga sabab bo'ldi.[4][5]

Atom interferometriyasi

An atom interferometri kuzatiladigan interferentsiya sxemasini yaratish uchun ikkita atom bilan bog'liq bo'lgan to'lqinlarning kichik farqidan foydalanadi. Odatda bu to'lqinlar atom atrofida aylanib yurgan elektronlar bilan bog'liq, ammo materiya to'lqinlari nazariyasi, atomning o'zi to'lqin-zarracha ikkilik bilan bog'liq bo'lgan to'lqinni muqobil ravishda ishlatilishi mumkin.

Eksperimental qurilma ikkita atom bulutini o'z ichiga oladi, ulardan biriga aniq sozlangan lazerdan kichik "zarba" beriladi. Bu unga materiyaning to'lqin nazariyasiga ko'ra uning kuzatilgan chastotasini pasaytiradigan cheklangan tezlikni beradi. Keyin ikkita bulut birlashtirilib, ularning farqli to'lqinlari aralashib ketadi va chastota farqi tsikllarning butun soniga teng bo'lganda maksimal chiqish signali olinadi.

Materiya to'lqinlari (soatlar kabi) orasidagi interferentsiya g'oyasi atrofida ishlab chiqilgan tajribalar, eng to'g'ri tekshirishni ta'minlagan deb da'vo qilmoqda. gravitatsiyaviy qizil siljish tomonidan bashorat qilingan umumiy nisbiylik. Xuddi shunday atom interferometri ham yurakni hosil qiladi Kompton soati.

Biroq, interferometriya funktsiyasining ushbu da'vo qilingan talqini tanqid qilindi. Bitta tanqid shundan iboratki, haqiqiy Compton osilatori yoki materiya to'lqini biron bir haqiqiy tajribani ishlab chiqishda ko'rinmaydi.[6] Materiya to'lqinlarining talqini ham noto'g'ri deb aytiladi.[4][5]

Kompton soatlari

Materiya to'lqinlari interferometriyasi asosida ishlab chiqilgan funktsional soatga Kompton soati deyiladi.[2]

Faoliyat tamoyillari

Katta zarracha bilan bog'liq bo'lgan to'lqinning chastotasi, masalan, atom, to'g'ridan-to'g'ri amaliy soat ichida ishlatilishi mumkin emas va uning davri va to'lqin uzunligi juda qisqa. Amaliy qurilma egizak paradoks nazariyasidan kelib chiqadi nisbiylik, bu erda harakatlanuvchi zarracha statsionarga qaraganda sekinroq qariydi. Shuning uchun harakatlanuvchi zarracha to'lqini biroz pastroq chastotaga ega. Foydalanish interferometriya, ikkita chastota orasidagi farq yoki "urish chastotasi" ni aniq o'lchash mumkin va bu urish chastotasi vaqtni saqlash uchun asos sifatida ishlatilishi mumkin.[3]

Massani o'lchash

Massalarni o'lchash uchun vaqt sarflash uchun qurilmalarda qo'llaniladigan texnikani nazariy jihatdan qaytarish mumkin. Bu hozirda 1 kg mos yozuvlar standarti sifatida ishlatiladigan platina-iridiy silindrni almashtirish uchun imkoniyat sifatida taklif qilingan.[2]

Adabiyotlar

  1. ^ Lan, S-Y va boshqalar. al.; "Vaqtni zarracha massasi bilan bevosita bog'laydigan soat", Ilm-fan 2013 yil 1-fevral: Vol. 339 yo'q. 6119 554-557 betlar doi:10.1126 / science.1230767
  2. ^ a b v Sanders, R .; "Tosh - bu soat: fizik vaqtni aniqlash uchun materiyadan foydalanadi", Berkeley yangiliklar markazi, [1] (2014 yil 4-iyulda olingan)
  3. ^ a b v Myuller, X .; "Kvant mexanikasi, materiya to'lqinlari va harakatlanuvchi soatlar", "Xalqaro fizika maktabi" Enrico Fermi "2013 nashrida nashr etilishi kerak" arXiv: 1312.6449v1
  4. ^ a b Bo'ri, P. va boshqalar. al.; "Gravitatsiyaviy Redshiftni Atom Gravimetrlari yordamida sinab ko'rasizmi?" (2011) arXiv:1106.3412
  5. ^ a b Bo'ri, P. va boshqalar; "Atom interferometri gravitatsiyaviy qizil siljishni Kompton chastotasida tekshiradimi?" Sharhiga javob bering "(2012) arXiv:1201.1778
  6. ^ Piz, R .; "Vaqt? Kilogrammdan chorakdan oshgan", Nature.com yangiliklari, 2013 [2]