Madde dalgası saati - Matter wave clock

Bir madde dalgası saati bir tür saat Çalışma prensibi maddenin görünür dalga benzeri özelliklerinden yararlanır.

Madde dalgaları ilk önce tarafından önerildi Louis de Broglie ve bazen de Broglie dalgaları olarak adlandırılır. Anahtar bir yönünü oluştururlar dalga-parçacık ikiliği ve deneyler o zamandan beri fikri destekledi. Belirli bir kütlenin bir parçacığı ile ilişkili dalga, örneğin bir atom, tanımlı Sıklık ve bazen onun adı verilen, tepeden tepeye sabit bir döngü süresi Compton dönemselliği. Böyle bir madde dalgası, sabit ve eşit zaman aralıklarını göstermesi açısından basit bir saatin özelliklerine sahiptir. ikizler paradoksu Doğan Albert Einstein teorisi görelilik hareketli bir parçacığın sabit bir parçacıktan biraz farklı bir periyoda sahip olacağı anlamına gelir. Bu tür iki parçacığın karşılaştırılması, pratik bir "Compton saatinin" oluşturulmasına izin verir.[1]

Saatler olarak madde dalgaları

De Broglie, frekansın f bir madde dalgasının eşittir E/h, nerede E parçacığın toplam enerjisidir ve h dır-dir Planck sabiti. Hareketsiz bir parçacık için göreceli denklem E=mc2 türetilmesine izin verir Compton frekansı f sabit bir büyük parçacık için, eşittir mc2/h.

De Broglie ayrıca dalga boyunun λ hareketli bir parçacık için eşittir h/p nerede p parçacığın momentumudur.

Periyot (dalganın bir döngüsü) 1 / 'e eşittir.f.

Bu kesin Compton dönemselliği Bir madde dalgasının bir saat için gerekli koşul olduğu söylenir, bu da herhangi bir madde parçacığının temel bir saat olarak kabul edilebileceği anlamına gelir. Bu teklife "Kaya bir saattir" olarak atıfta bulunulmuştur.[2]

Başvurular

"Kuantum mekaniği, madde dalgaları ve hareketli saatler" başlıklı makalesinde Müller, "Madde dalgalarının madde dalgası saatleri olarak tanımlanması ... son zamanlarda genel görelilik testleri, madde dalgası deneyleri, temeller için uygulandı" dedi. kuantum mekaniğinin, kuantum uzay-zaman uyumsuzluğunun, madde dalgası saatinin / kütle standardının ve kuantum mekaniğindeki uygun zamanın rolü üzerine bir tartışmaya yol açtı. , örneğin yerçekimi dalgaları. "[3]

Çıkarımlar

Müller, "Kuantum mekaniği, madde dalgaları ve hareketli saatler" adlı makalesinde, "[model] 'in oldukça fazla tartışmaya yol açtığını öne sürdü. Kuantum mekaniğinin daha geniş bağlamında ... bu tanım terk edildi. , kısmen göreceli bir kuantum teorisi türetmek veya dönüşü açıklamak için kullanılamadığı için. Saat resminin yerini alan açıklamalar bu hedeflere ulaşır, ancak kullanılan kavramları motive etmez. ... Bir açıklama inşa edeceğiz ... Böylece Dirac denklemine eşdeğer bir uzay-zaman yol integraline ulaşacağız. Bu türetme, De Broglie'nin madde dalgası teorisinin doğal olarak spin-1 / 2'ye sahip parçacıklara yol açtığını göstermektedir. Feynman'ın araştırmasıyla ilgilidir. Dirac denklemine eşdeğer 3 + 1 uzay ve zaman boyutlarındaki bir yolun genliği için bir formül için. Bir Dirac parçacığının yayılmasının yeni bir sezgisel yorumunu verir ve standart kuantum mekaniğinin tüm sonuçlarını yeniden üretir buna ters düşenler de dahil. Böylece, kütleçekimsel kırmızıya kaymanın rolünü ve kuantum mekaniğindeki uygun zamanı aydınlatıyor. "[3]

Tartışma

Saat olarak madde dalgalarının teorik fikri bazı tartışmalara neden oldu ve güçlü eleştiriler aldı.[4][5]

Atom interferometri

Bir atom interferometre gözlemlenebilir bir girişim modeli oluşturmak için iki atomla ilişkili dalgalarda küçük bir fark kullanır. Geleneksel olarak bu dalgalar atomun etrafında dönen elektronlarla ilişkilidir, ancak madde dalgası teorisi, atomun kendi dalga-parçacık ikiliğiyle ilişkili dalganın alternatif olarak kullanılabileceğini öne sürer.

Deneysel bir cihaz, biri hassas bir şekilde ayarlanmış bir lazerden küçük bir "tekme" verilen iki atom bulutundan oluşur. Bu ona, madde dalgası teorisine göre gözlemlenen frekansını düşüren sonlu bir hız verir. İki bulut daha sonra, farklı dalgalarının karışması için yeniden birleştirilir ve maksimum çıkış sinyali, frekans farkı bir tam sayı döngü sayısı olduğunda elde edilir.

Madde dalgaları (saatler olarak) arasındaki girişim fikri etrafında tasarlanan deneylerin, şimdiye kadarki en doğru doğrulamayı sağladığı iddia edilmektedir. yerçekimsel kırmızıya kayma tarafından tahmin edildi Genel görelilik. Benzer bir atom interferometresi, Compton saati.

Bununla birlikte, bu interferometri fonksiyonunun iddia edilen yorumu eleştirildi. Bir eleştiri, gerçek bir Compton osilatörünün veya madde dalgasının herhangi bir gerçek deneyin tasarımında görünmemesidir.[6] Madde dalgası yorumlamasının da kusurlu olduğu söyleniyor.[4][5]

Compton saatler

Madde dalgası interferometresi temelinde tasarlanan işlevsel bir saate Compton saati denir.[2]

Operasyon prensipleri

Atom gibi büyük bir parçacıkla ilişkili dalganın frekansı, pratik bir saatte doğrudan kullanılamayacak kadar yüksek ve periyodu ve dalga boyu çok kısadır. Pratik bir cihaz, ikiz paradoks teorisinden kaynaklanan görelilik, hareketli bir parçacığın durağan olandan daha yavaş yaşlandığı yer. Hareketli parçacık dalgası bu nedenle biraz daha düşük bir frekansa sahiptir. Kullanma interferometri iki frekans arasındaki fark veya "vuruş frekansı" doğru bir şekilde ölçülebilir ve bu vuruş frekansı, zamanı tutmak için bir temel olarak kullanılabilir.[3]

Kütle ölçümü

Cihazlarda kullanılan teknik, kütleyi ölçmek için zamanı kullanmak için teorik olarak tersine çevrilebilir. Bu, şu anda 1 kg referans standardı olarak kullanılan platin-iridyum silindirinin değiştirilmesi için bir fırsat olarak önerilmiştir.[2]

Referanslar

  1. ^ Lan, S-Y vd. al .; "Zamanı Bir Parçacık Kütlesine Doğrudan Bağlayan Saat", Bilim 1 Şubat 2013: Cilt. 339 hayır. 6119 s. 554–557 doi:10.1126 / science.1230767
  2. ^ a b c Sanders, R .; "Kaya bir saattir: fizikçi zamanı söylemek için maddeyi kullanır", UC Berkeley Haber Merkezi, [1] (4 Temmuz 2014 alındı)
  3. ^ a b c Müller, H .; "Kuantum mekaniği, madde dalgaları ve hareketli saatler", "International School of Physics" Enrico Fermi "2013 bildirisinde yayınlanacak", arXiv: 1312.6449v1
  4. ^ a b Wolf, P. vd. al .; "Kırmızıya Kaymasını Atomik Gravimetreler ile Test Etmek mi?" (2011) arXiv:1106.3412
  5. ^ a b Wolf, P. vd .; "Şu yorumu yanıtlayın: 'Bir atom interferometresi, Compton frekansında yerçekimsel kırmızıya kaymayı test eder mi?'" (2012) arXiv:1201.1778
  6. ^ Pease, R .; "Saat mi? Bir kilogramı çeyrek geçiyor", Nature.com haberleri, 2013 [2]