Un fenomeno della meccanica quantistica noto come sovrapposizione può avere un impatto sul cronometraggio negli orologi ad alta precisione, secondo uno studio teorico del Dartmouth College, Collegio Sant'Anselmo e Università Santa Clara.

La ricerca che descrive l'effetto mostra che la sovrapposizione, la capacità di un atomo di esistere in più di uno stato contemporaneamente, porta a una correzione negli orologi atomici nota come "dilatazione quantistica del tempo".

La ricerca, pubblicato sulla rivista Comunicazioni sulla natura , tiene conto degli effetti quantistici oltre la teoria della relatività di Albert Einstein per fare una nuova previsione sulla natura del tempo.

"Ogni volta che abbiamo sviluppato orologi migliori, abbiamo imparato qualcosa di nuovo sul mondo, " ha detto Alexander Smith, un assistente professore di fisica al Saint Anselm College e professore assistente aggiunto al Dartmouth College, che ha guidato la ricerca come junior fellow nella Society of Fellows di Dartmouth. "La dilatazione quantistica del tempo è una conseguenza sia della meccanica quantistica che della relatività di Einstein, e offre quindi una nuova possibilità per testare la fisica fondamentale alla loro intersezione."

Agli inizi del 1900, Albert Einstein ha presentato un'immagine rivoluzionaria dello spazio e del tempo, mostrando che il tempo sperimentato da un orologio dipende dalla velocità con cui si muove:all'aumentare della velocità di un orologio, la velocità con cui ticchetta diminuisce. Si trattava di un radicale allontanamento dalla nozione assoluta di tempo di Sir Isaac Newton.

Meccanica quantistica, la teoria del moto che governa il regno atomico, consente a un orologio di muoversi come se viaggiasse contemporaneamente a due velocità diverse:una "sovrapposizione" quantistica di velocità. Il documento di ricerca tiene conto di questa possibilità e fornisce una teoria probabilistica del cronometraggio, che ha portato alla previsione della dilatazione quantistica del tempo.

Per sviluppare la nuova teoria, il team ha combinato tecniche moderne della scienza dell'informazione quantistica con una teoria sviluppata negli anni '80 che spiega come il tempo potrebbe emergere da una teoria quantistica della gravità.

"I fisici hanno cercato di adattarsi alla natura dinamica del tempo nella teoria quantistica per decenni, " ha detto Mehdi Ahmadi, un docente presso la Santa Clara University che ha co-autore dello studio. "Nel nostro lavoro, prevediamo correzioni alla dilatazione del tempo relativistica che derivano dal fatto che gli orologi usati per misurare questo effetto sono di natura quantomeccanica".

Allo stesso modo in cui la datazione al carbonio si basa sugli atomi in decadimento per determinare l'età degli oggetti organici, la vita di un atomo eccitato funge da orologio. Se un tale atomo si muove in una sovrapposizione di velocità diverse, quindi la sua durata aumenterà o diminuirà a seconda della natura della sovrapposizione rispetto a un atomo che si muove a una velocità definita.

La correzione della vita dell'atomo è così piccola che sarebbe impossibile misurarla in termini che abbiano senso su scala umana. Ma la capacità di spiegare questo effetto potrebbe consentire un test della dilatazione quantistica del tempo utilizzando gli orologi atomici più avanzati.

Proprio come l'utilità della meccanica quantistica per l'imaging medico, informatica, e microscopia, potrebbe essere stato difficile prevedere quando quella teoria veniva sviluppata all'inizio del 1900, è troppo presto per immaginare tutte le implicazioni pratiche della dilatazione quantistica del tempo.