Odkritje novih časovnih kristalov

Nenavadna oblika snovi, imenovana časovni kristal, se je pred kratkim pojavila na dveh novih lokacijah. Znanstveniki so ustvarili tak kristal v monoamonijevem fosfatu, kot so poročali v majski številki Physical Review Letters, druga skupina pa ga je ustvarila v tekočem mediju, ki vsebuje delce v obliki zvezde, je ta publikacija objavljena v Physical Review.

Za razliko od drugih dobro znanih primerov, časovni kristal iz monoamonijevega fosfata je bil izdelan iz trdnega materiala z urejeno fizično strukturo, t.j. tradicionalni kristal. Preostali materiali, iz katerih so doslej nastajali časovni kristali, so neurejeni. Znanstveniki so prvič ustvarili časovne kristale leta 2016. Eden od njih je bil izdelan iz okvarjenega diamanta, drugi pa iz verige iterbijevih ionov.

Navadni kristali, kot sta sol in kremen, so primeri tridimenzionalnih, urejenih prostorskih kristalov. Njihovi atomi tvorijo ponavljajoč se sistem, ki ga znanstveniki poznajo že desetletja. Časovni kristali so različni. Njihovi atomi periodično vibrirajo najprej v eno in nato v drugo smer, vzburjeni s pulzirajočo magnetno silo (resonanco). Se imenuje "kljukica".

Tiktanje v časovnem kristalu je znotraj določene frekvence, čeprav imajo medsebojno delujejo impulzi drugačno resonanco. Na primer, atomi v časovnih kristalih, ki so jih preučevali v enem od lanskih poskusov, so se vrteli s frekvenco le polovične frekvence pulzacij magnetnega polja, ki je nanje delovalo.

Znanstveniki pravijo, da bi razumevanje časovnih kristalov lahko vodilo do izboljšav atomskih ur, žiroskopov in magnetometrov ter pomagalo pri ustvarjanju kvantne tehnologije. Ameriška agencija za napredne obrambne raziskovalne projekte (DARPA) je napovedala financiranje raziskav enega najbolj nenavadnih znanstvenih odkritij zadnjih let.

- je za Gizmodo povedal vodja programa DARPA, Dr. Rosa Alehanda Lukashev. Podrobnosti teh študij so zaupne, je dejala. Lahko samo sklepamo, da gre za novo generacijo atomskih ur, ki je bolj priročna in stabilna od kompleksnih laboratorijskih zmogljivosti, ki se trenutno uporabljajo. Kot veste, se takšni časovniki uporabljajo v številnih pomembnih vojaških sistemih, vključno z, na primer, GPS.

Nobelov nagrajenec Frank Wilczek

Preden so bili časovni kristali dejansko odkriti, so bili zasnovani v teoriji. Pred nekaj leti ga je izumil Američan, Nobelov nagrajenec. Frank Wilczek. Skratka, njegova ideja je kršiti simetrijo, kot je to v primeru faznih prehodov. V teoretičnih časovnih kristalih pa bi bila simetrija porušena ne le v treh prostorskih dimenzijah, ampak tudi v četrti – v času. Po Wilczekovi teoriji imajo časovni kristali ponavljajočo se strukturo ne le v prostoru, ampak tudi v času. Težava je v tem, da to pomeni vibracije atomov v kristalni mreži, t.j. gibanje brez napajanjakar so fiziki imeli za nemogoče in nemogoče.

Čeprav še vedno ne poznamo kristalov, ki jih je slavni teoretik želel in verjetno nikoli ne bo, so leta 2016 fiziki na univerzi Maryland in Harvard zgradili "diskontinuirane" (ali diskretne) časovne kristale. To so sistemi atomov ali ionov, ki kažejo kolektivno in ciklično gibanje, ki se obnašajo kot prej neznano novo stanje snovi, odporno na najmanjše motnje.

Čeprav ni tako nenavadno kot prof. Wilczek, so na novo odkriti časovni kristali dovolj zanimivi, da pritegnejo vojaško zanimanje. In zdi se dovolj pomembno.