O attosecundă este atât de mică încât o secundă întreagă înseamnă, prin comparație, vârsta universului. Și totuși, exact la această scară imposibil de intuit se petrece ceva care zguduie limitele înțelegerii noastre despre lumea cuantică.
O echipă de cercetători tocmai a demonstrat că nu poți ști simultan unde se află un electron și când se află acolo – iar constrângerea nu mai e doar teoretică, ci măsurată direct.
Noul principiu de incertitudine spațiu-timp, publicat în Nature Photonics, este oglinda temporală a celebrului principiu al lui Heisenberg.
Dacă până acum știam că nu poți cunoaște simultan poziția și impulsul unei particule, acum oamenii de știință de la Centrul pentru Nanoscopie Ultrarapidă din Regensburg și Institutul Max Planck din Hamburg au dovedit că aceeași interdicție fundamentală se aplică și între poziție și evoluția în timp.
Altfel spus: cu cât încerci să fixezi mai precis momentul în care se petrece ceva, cu atât pierzi din certitudinea unde se petrece.
500 de attosecunde care rescriu fizica
Experimentul a necesitat o ingeniozitate tehnică ieșită din comun. Fizicienii au construit un sistem laser capabil să genereze impulsuri de lumină atât de scurte încât singura unitate care le poate măsura este attosecunda – adică o miliardime dintr-o miliardime de secundă.
Cu aceste impulsuri au controlat mișcarea electronilor între un vârf metalic gros cât câțiva atomi și o suprafață de argint, pe o distanță de doar câteva diametre atomice.
Variind intervalul dintre două impulsuri succesive, cercetătorii au putut observa reacția electronilor și au măsurat o întârziere de exact 500 de attosecunde – timpul în care electronul răspunde câmpului luminos.
Raffael Spachtholz, coautor al studiului, explică miezul descoperirii cu o formulare care sună aproape paradoxal: cu cât vrei să știi mai exact când trece electronul, cu atât trebuie să-i furnizezi mai multă energie.
Iar energia suplimentară face ca pachetul de undă al electronului să se întindă în spațiu. Este exact reversul principiului lui Heisenberg, doar că de data aceasta între timp și poziție. Natura însăși interzice cunoașterea simultană a ambelor mărimi cu o precizie perfectă.
Spre o electronică cu viteza electronilor
Vestea bună, dacă se poate spune așa: chiar și sub o excitație temporală puternică, pachetele de undă păstrează o rezoluție spațială suficientă pentru a permite microscopia la scară atomică. Asta înseamnă că, departe de a fi un obstacol, această limită deschide o ușă spectaculoasă.
Cercetătorii vorbesc deja despre o camă ultrasrapidă pentru lumea cuantică – un instrument care ar putea filma în timp real cum se rup și se formează legăturile chimice, cum se transferă electronii între atomi, cum pot fi declanșate reacții precise la o scară de timp de care astăzi nu facem decât să ne apropiem.
Iar pe termen mai lung, consecințele sunt și mai mari. Electronica actuală, bazată pe tehnologia CMOS, are o viteză limitată de mișcarea atomilor. Electronii se mișcă de o mie de ori mai repede decât atomii.
Dacă am putea construi dispozitive care să funcționeze la viteza intrinsecă a electronilor, acestea ar fi de sute de mii de ori mai rapide decât orice există astăzi. Liderii proiectului spun că singura limită reală pentru aplicații este, în acest moment, imaginația umană.
Natura, se pare, tocmai ne-a arătat cât de departe putem privi.
