物質波時計

物質波時計とは、物質の見かけ上の波動性を利用した動作原理を持つ時計の一種である。

物質波はルイ・ド・ブロイによって最初に提唱され、ド・ブロイ波と呼ばれることもあります。物質波は波動・粒子二重性の重要な側面を形成し、その後の実験によってその考えが裏付けられています。原子などの特定の質量の粒子に関連付けられた波は、定義された周波数を持ち、ピークからピークまでの1サイクルの持続時間の変化があり、これはコンプトン周期と呼ばれることもあります。このような物質波は、一定の等しい時間間隔を刻むという点で、単純な時計の特性を持っています。アルバート・アインシュタインの相対性理論から生じる双子のパラドックスは、運動する粒子は静止している粒子とはわずかに異なる周期を持つことを意味します。このような2つの粒子を比較することで、実用的な「コンプトン時計」を構築することができます。^{[ 1 ]}

ド・ブロイは、物質波の周波数fはE / hに等しいと提唱した。ここで、Eは粒子の全エネルギー、hはプランク定数である。静止している粒子の場合、相対論的方程式E = mc²により^{、静止している質量のある粒子の}コンプトン周波数fを導出することができ、これ^はmc² / hに等しい。

ド・ブロイはまた、運動する粒子の波長λはh / pに等しいと提唱した。ここでpは粒子の運動量である。

周期（波の1サイクル）は1/ fに等しい。

物質波のこの正確なコンプトン周期性は時計の必要条件であると言われており、そのような物質粒子はすべて基本的な時計とみなせることを示唆している。この提案は「岩は時計である」と呼ばれている。^{[ 2 ]}

原子干渉計は、 2つの原子に関連する波のわずかな差を利用して、観測可能な干渉パターンを作り出す。従来、これらの波は原子の周りを回る電子に関連付けられていたが、物質波動理論では、原子自体の波動・粒子二重性に関連する波を代替的に使用できる可能性が示唆されている。

実験装置は2つの原子雲から構成され、一方の原子雲は精密に調整されたレーザー光によってわずかに「刺激」を受ける。これにより、原子雲は有限の速度を得る。物質波動理論によれば、この速度によって観測される周波数が低下する。その後、2つの原子雲は再結合され、それぞれの波動が干渉する。周波数差が整数サイクルになったときに、最大の出力信号が得られる。

物質波（時計として）の干渉という概念に基づいた実験は、一般相対性理論によって予測される重力赤方偏移をこれまでで最も正確に検証したとされている。同様の原子干渉計がコンプトン時計の中核を成している。

しかし、この干渉関数の解釈は批判されている。批判の一つは、実際の実験の設計には実際のコンプトン発振器や物質波が一切現れないという点である。^{[ 6 ]}物質波の解釈にも欠陥があるとされている。^{[ 4 ] [ 5 ]}

物質波干渉法に基づいて設計された機能的な時計は、コンプトン時計と呼ばれます。^{[ 2 ]}

これらの装置で使用されている技術は、理論的には時間を用いて質量を測定するように逆算できる。これは、現在1kgの 基準として使用されている白金イリジウム円筒を置き換える機会として提案されている。^{[ 2 ]}