Un phénomène de mécanique quantique connu sous le nom de superposition peut avoir un impact sur le chronométrage dans les horloges de haute précision, selon une étude théorique du Dartmouth College, Collège Saint Anselme et Université Santa Clara.

La recherche décrivant l'effet montre que la superposition - la capacité d'un atome à exister dans plus d'un état en même temps - conduit à une correction des horloges atomiques connue sous le nom de "dilatation du temps quantique".

La recherche, publié dans la revue Communication Nature , prend en compte les effets quantiques au-delà de la théorie de la relativité d'Albert Einstein pour faire une nouvelle prédiction sur la nature du temps.

"Chaque fois que nous avons développé de meilleures horloges, nous avons appris quelque chose de nouveau sur le monde, " a déclaré Alexandre Smith, professeur adjoint de physique au Saint Anselm College et professeur adjoint adjoint au Dartmouth College, qui a dirigé la recherche en tant que chercheur junior à la Society of Fellows de Dartmouth. "La dilatation du temps quantique est une conséquence à la fois de la mécanique quantique et de la relativité d'Einstein, et offre ainsi une nouvelle possibilité de tester la physique fondamentale à leur intersection."

Au début des années 1900, Albert Einstein a présenté une image révolutionnaire de l'espace et du temps en montrant que le temps vécu par une horloge dépend de la vitesse à laquelle elle se déplace - à mesure que la vitesse d'une horloge augmente, la vitesse à laquelle il tique diminue. C'était une rupture radicale avec la notion absolue du temps de Sir Isaac Newton.

Mécanique quantique, la théorie du mouvement régissant le domaine atomique, permet à une horloge de se déplacer comme si elle se déplaçait simultanément à deux vitesses différentes :une « superposition » quantique de vitesses. Le document de recherche prend en compte cette possibilité et fournit une théorie probabiliste du chronométrage, qui a conduit à la prédiction de la dilatation du temps quantique.

Pour développer la nouvelle théorie, l'équipe a combiné des techniques modernes de la science de l'information quantique avec une théorie développée dans les années 1980 qui explique comment le temps pourrait émerger d'une théorie quantique de la gravité.

"Les physiciens ont cherché à s'adapter à la nature dynamique du temps dans la théorie quantique pendant des décennies, " a déclaré Mehdi Ahmadi, un conférencier à l'Université de Santa Clara qui a co-écrit l'étude. « Dans notre travail, nous prédisons des corrections à la dilatation du temps relativiste qui découlent du fait que les horloges utilisées pour mesurer cet effet sont de nature mécanique quantique."

De la même manière que la datation au carbone repose sur des atomes en décomposition pour déterminer l'âge des objets organiques, la durée de vie d'un atome excité agit comme une horloge. Si un tel atome se déplace dans une superposition de vitesses différentes, alors sa durée de vie augmentera ou diminuera selon la nature de la superposition par rapport à un atome se déplaçant à une vitesse définie.

La correction apportée à la durée de vie de l'atome est si faible qu'il serait impossible de la mesurer en termes qui ont du sens à l'échelle humaine. Mais la capacité de rendre compte de cet effet pourrait permettre un test de la dilatation quantique du temps en utilisant les horloges atomiques les plus avancées.

De même que l'utilité de la mécanique quantique pour l'imagerie médicale, l'informatique, et microscopie, aurait pu être difficile à prévoir lorsque cette théorie a été développée au début des années 1900, il est trop tôt pour imaginer toutes les implications pratiques de la dilatation quantique du temps.