Ett fenomen med kvantmekanik som kallas superposition kan påverka tidtagning i högprecisionsklockor, enligt en teoretisk studie från Dartmouth College, Saint Anselm College och Santa Clara University.

Forskning som beskriver effekten visar att överlagring - en atoms förmåga att existera i mer än ett tillstånd samtidigt - leder till en korrigering i atomklockor som kallas "kvanttidsutvidgning".

Forskningen, publiceras i tidskriften Naturkommunikation , tar hänsyn till kvanteffekter bortom Albert Einsteins relativitetsteori för att göra en ny förutsägelse om tidens natur.

"När vi har utvecklat bättre klockor, vi har lärt oss något nytt om världen, "sa Alexander Smith, en biträdande professor i fysik vid Saint Anselm College och adjungerad biträdande professor vid Dartmouth College, som ledde forskningen som juniorstipendiat i Dartmouth's Society of Fellows. "Kvanttidsdilatation är en konsekvens av både kvantmekaniken och Einsteins relativitetsteori, och ger därmed en ny möjlighet att testa grundläggande fysik vid deras skärningspunkt. "

I början av 1900-talet, Albert Einstein presenterade en revolutionerande bild av rum och tid genom att visa att tiden som en klocka upplever beror på hur snabbt den rör sig – när hastigheten på en klocka ökar, takten med vilken den tickar minskar. Detta var ett radikalt avsteg från Sir Isaac Newtons absoluta tidsuppfattning.

Kvantmekanik, teorin om rörelse som styr atomsfären, gör det möjligt för en klocka att röra sig som om den färdades samtidigt med två olika hastigheter:en kvant "superposition" av hastigheter. Forskningspapperet tar hänsyn till denna möjlighet och ger en sannolikhetsteori om tidtagning, vilket ledde till förutsägelsen av kvanttidsdilatation.

För att utveckla den nya teorin, teamet kombinerade moderna tekniker från kvantinformationsvetenskap med en teori som utvecklades på 1980-talet som förklarar hur tid kan komma ur en kvantteori om gravitation.

"Fysiker har försökt tillgodose tidens dynamiska natur i kvantteorin i decennier, sa Mehdi Ahmadi, en föreläsare vid Santa Clara University som var medförfattare till studien. "I vårt arbete, vi förutspår korrigeringar av relativistisk tidsdilatation som härrör från det faktum att de klockor som används för att mäta denna effekt är kvantmekaniska till sin natur."

På samma sätt som koldatering är beroende av sönderfallande atomer för att bestämma åldern på organiska föremål, livslängden för en upphetsad atom fungerar som en klocka. Om en sådan atom rör sig i en superposition med olika hastigheter, då kommer dess livslängd att antingen öka eller minska beroende på typen av superposition i förhållande till en atom som rör sig med en bestämd hastighet.

Korrigeringen av atomens livslängd är så liten att det skulle vara omöjligt att mäta i termer som är vettiga i mänsklig skala. Men förmågan att redogöra för denna effekt skulle kunna möjliggöra ett test av kvanttidsdilatation med de mest avancerade atomklockorna.

Precis som nyttan av kvantmekanik för medicinsk bildbehandling, datoranvändning, och mikroskopi, kan ha varit svårt att förutsäga när den teorin utvecklades i början av 1900 -talet, det är för tidigt att föreställa sig de fullständiga praktiska konsekvenserna av kvanttidsdilatation.