Zaparsamy na wykłady o czasie, zegarach atomowych i ujarzmianiu pojedynczych atomów. Nasz prelegent wyjaśni, jak fizycy mierzą czas z niezwykłą precyzją oraz jak mechanika kwantowa prowadzi do rozwoju komputerów kwantowych, czujników i optycznych zegarów atomowych.
1. Czas: czym jest, czym nie jest i jak mierzą go fizycy
Czas wydaje się czymś oczywistym – płynie, mija i porządkuje nasze życie. W fizyce okazuje się jednak, że nie jest on prostym, uniwersalnym „tłem”, które wszędzie działa tak samo. Najlepiej widać to wtedy, gdy próbujemy mierzyć go naprawdę dokładnie. Współczesne zegary atomowe potrafią odmierzać czas z taką precyzją, że pomyliłyby się o około jedną sekundę dopiero po czasie porównywalnym z wiekiem Wszechświata. Przy takiej dokładności wychodzą na jaw rzeczy bardzo nieintuicyjne: wystarczy nieznacznie zmienić wysokość, a różnica w sile grawitacji spowoduje, że czas będzie płynął wolniej lub szybciej. Obecnie takie różnice potrafimy już mierzyć.
Podczas spotkania pokażę, jak działają najdokładniejsze zegary świata i dlaczego stały się one jednym z kluczowych narzędzi współczesnej fizyki, a jednocześnie fundamentem technologii, z których korzystamy na co dzień. Dzięki nim możliwe są bardzo precyzyjne porównania i testy teorii opisujących rzeczywistość, w tym sprawdzanie, czy wielkości uznawane za fundamentalne stałe rzeczywiście są niezmienne. Zadamy sobie także pytania dotyczące pojęcia entropii, kierunku czasu czy nieodwracalności procesów – które pokazują, że nawet w obszarze, który potrafimy mierzyć niezwykle dokładnie, wciąż pozostaje wiele do odktycia.
2. Ujarzmić atom: o kwantowych komputerach i optycznych zegarach atomowych
Nowoczesne technologie coraz częściej schodzą na poziom pojedynczych atomów. Gdy materia jest chłodzona do temperatur bliskich zera absolutnego i niemal całkowicie izolowana od otoczenia, świat mechaniki kwantowej przestaje być egzotyczną teorią, a staje się naturalnym opisem rzeczywistości. W takich warunkach to intuicja klasyczna zawodzi, a zachowanie atomów zaczyna podlegać zupełnie innym regułom niż te, które znamy z codziennego doświadczenia. To właśnie ta zmiana perspektywy otwiera nowe, dotąd niespotykane możliwości wykorzystania materii i rozwoju technologii.
W tym wykładzie opowiem, co naprawdę kryje się pod hasłem „ujarzmiania” atomu i jak wygląda praca z pojedynczymi obiektami kwantowymi. Pokażę, co łączy optyczne zegary atomowe, czujniki kwantowe i rozwijane dziś komputery kwantowe oraz dlaczego praca na tym poziomie wymaga zupełnie innego podejścia niż klasyczna technologia. Opowiem, jak w jednym eksperymencie łączą się różne dziedziny fizyki i technologii, tworząc złożone układy niezbędne do pracy na poziomie pojedynczych atomów, oraz gdzie pojawiają się fundamentalne ograniczenia narzucone przez samą fizykę.
Piotr Morzyński – doktor fizyki, wykładowca i badacz zajmujący się fizyką atomową i optyczną, wykorzystującą fundamentalne zjawiska mechaniki kwantowej, oraz rozwojem optycznych zegarów atomowych – jednych z najdokładniejszych urządzeń pomiarowych, jakie kiedykolwiek powstały. Jest współtwórcą pierwszych i jedynych w Polsce optycznych zegarów atomowych działających w Krajowym Laboratorium Fizyki Atomowej, Molekularnej i Optycznej w Toruniu na Uniwersytecie Mikołaja Kopernika.
Pracuje głównie eksperymentalnie, prowadząc badania w laboratoriach w Polsce i za granicą oraz współpracując z międzynarodowymi zespołami badawczymi. Jest zaangażowany w liczne projekty dotyczące precyzyjnych pomiarów czasu i częstotliwości. Jego praca badawcza łączy fundamentalną fizykę kwantową z rozwojem nowoczesnych technologii. W swoich wystąpieniach pokazuje fizykę „od kuchni” – jako dziedzinę opartą na realnym eksperymencie, precyzyjnym pomiarze i stawianiu fundamentalnych pytań o naturę rzeczywistości.
