أكد العلماء وجود "بلورات زمنية" - حالة طور المادة مع انتهاك التماثل الزمني

يتكرر هيكل البلورة الزمنية بشكل دوري ليس فقط في الفضاء ، ولكن أيضًا في الوقت. على سبيل المثال ، حلقة من الذرات المبردة في مجال مغناطيسي ضعيف

، لذا لم يعد هذا الكلام فارغًا وليست نظرية عارية. الاسبوع الماضي في المجلة المرموقة البدنية استعراض للحروف نشرت ورقة علمية محاضر (أستاذ مساعد) الفيزياء في جامعة كاليفورنيا في بيركلي نورمان ياو (نورمان ياو) وزملاؤه، والذي يستشهد مخطط لإنشاء الكريستال الدول الوقت وسجل التقنية التي هي محددة لهذه شكل جديد من المادة.

الآن تم بناء جسر بين النظرية والواقع - يمكن للجميع تكرار التجربة على إنشاء بلورات زمنية ، ويمكن اعتبار هذه النظرية الحائزة على جائزة نوبل ويلسيك مؤكدة تجريبياً.

في عام 2012 ، طرح الفيزيائي المتميز فرانك ويلسيك فرضية "بلورات الوقت" . يصبح مفهوما إذا تخيلنا وجود بلورة في الزمكان قليلا من ناحية أخرى غير هذا مقبول. عادة ما يكون من المعتاد التفكير في شبكة بلورية في الفضاء ، لكن فرانك ويلسيك اقترح النظر إليها أيضًا في الوقت المناسب.

إذا نظرت إلى ذرات الشبكة البلورية بهذه الطريقة ، فإن بعض اهتزازات الطاقة الداخلية تحدث في بلورة خارجية مستقرة. أظهرت حسابات Wilcek أن الذرات يمكن أن تشكل شبكة شعرية متكررة في الوقت المناسب ، وتعود إلى وضعها الأصلي بعد فترات زمنية مختلفة ، وبالتالي كسر التناظر الزمني. اتضح أنه بدون استهلاك الطاقة أو إنتاجها ، ستكون البلورات المؤقتة في "الحالة الأرضية" ، ولكنها تغير البنية بشكل دوري ، والتي يتم تعريفها من وجهة نظر الفيزياء على أنها حركة دائمة.

في سبتمبر 2016 ، أنشأ كريس مونرو أول بلورة مؤقتة في مختبر جامعة ميريلاند في كوليدج بارك.. كانت فكرته هي إنشاء نظام كمومي على شكل مجموعة من الأيونات مرتبة في حلقة. عندما يتم تبريد الحلقة ، ستنخفض حالة الطاقة في النظام إلى الحد الأدنى ، أي "حالة الأرض". أخذ كريس مونرو أيونات الإيتيربيوم لإنشاء "الحالة الأرضية" للحلقة. استخدم التفاعلات الكمومية لإجبار أيونات الإيتيربيوم على دخول الحالة الأرضية ، ثم إصلاح انتهاك التماثل الزمني. نشر العمل العلمي على arXiv.org .

بعد مجموعة Monroe ، تم إجراء تجربة ناجحة لإنشاء بلورات زمنية من قبل زملاء من جامعة هارفارد (المؤلف الرئيسي للدراسة كان ميخائيل لوكين ، موظف في جامعة هارفارد) ، باستخدام إعداد تجريبي مختلف تمامًا مع مراكز شاغرة من النيتروجين معبأة بكثافة في الماس. هم أيضًانشر نتائجهم على arXiv.org . شارك نورمان ياو ، ممثل قسم الفيزياء في جامعة كاليفورنيا ، بيركلي ، في عمل جامعة هارفارد.

عمل نورمان ياو في وقت واحد بشكل وثيق مع فرق البحث في مونرو ولوكين ، مما سمح له بدراسة الخصائص الأساسية الرئيسية لبلورات الوقت بالتفصيل.

تكرر بلورات الوقت بنيتها بشكل دوري ، لأنها تتلقى الطاقة بشكل دوري من الخارج. وفقا لمدير المدرسة ياو ، يمكن مقارنة ذلك بحركة مكعبات جيلي تم ضغطها بإصبع. بعد أن حصلت على تأثير طاقة خارجي ، تظهر بلورات الوقت سلوكًا مثيرًا للاهتمام للغاية ، مما يجعلها حالة طورية جديدة للمادة. هذه فئة واسعة من المواد غير المتوازنة بشكل طبيعي .



يقول نورمان ياو: "هذه حالة طور جديد للمادة بالتأكيد" . - لكنه رائع حقًا ، لأنه أحد الأمثلة الأولى على عدم وجود أي شيء للتوازن. على مدى نصف القرن الماضي ، درسنا مسألة التوازن ، في كل من المعادن والعزل. لقد بدأنا الآن في دراسة عالم جديد تمامًا من أي شيء من مواد التوازن. "

بالكاد يمكن لنورمان ياو أن يتخيل أين يمكن استخدام بلورات الوقت في الممارسة. يقترح باحثون آخرون أنه لا توجد مواد متوازنة مع تكرار دوري للبنية في الوقت المناسب يمكن أن تصبح أجهزة تخزين مثالية تقريبًا وستجد التطبيق في أجهزة الكمبيوتر الكمومية.


يمكن أن يؤدي تغيير المعلمات التجريبية إلى إذابة بلورة زمنية بسهولة إلى حالة عازل تافه أو تسخينها.رسم توضيحي: نورمان ياو

في ورقة علمية منشورة حديثًا ، يصف نورمان ياو مخططًا لإنشاء حلقة من 10 أيونات أيتربيوم يتفاعل فيها الإلكترونات مع بعضها البعض مثل الكوبيتات في أجهزة الكمبيوتر الكمومية. لإزالة الأيونات من التوازن ، يتم تشعيعها بواسطة نبضة ليزر لإنشاء مجال مغناطيسي ضعيف ، ويزيل الليزر الثاني جزئيًا ذرات الذرات ، ويكرر هذا التأثير عدة مرات. نظرًا لأن السبينات تتفاعل مع بعضها البعض ، تنتقل الذرات إلى نمط تفاعل متكرر يحدد بنية البلورة. تم استخدام هذا المخطط خلال التجربة المذكورة أعلاه في جامعة ماريلاند.

في بلورة زمنية ، تشكل الإلكترونات بلورة زمنية ، والتي لا تتوافق مع تناظر الذرات الثابتة في الفضاء. هذا ما يحدد خصائصه الفريدة.


جامعة كريستال تايم بولاية ماريلاند. توضيح: APS / Alan Stonebraker / Phil Richerme

خاصية أخرى غير عادية لحالة الطور هذه هي الاستجابة للتفاعل مع فاصل زمني يتجاوز فترة التفاعل. أي ، يتم تشعيع المادة بالليزر بفاصل T ، وتتفاعل المادة مع فاصل 2T. هذه خاصية غريبة للغاية لا توجد في المواد العادية. تخيل مكعبات هلامية تبدأ في التذبذب فقط مع النقرة الثانية.

في تجارب مجموعة Mikhail Lukin مع إعداد تجريبي مختلف تمامًا ، تم تسجيل نفس ظاهرة انتهاك تناظر الوقت - وهذا يثبت أن البلورة الزمنية تمثل حقًا حالة طور جديدة للمادة.

تم نشر المقالة العلمية في 18 يناير 2017 في مجلة Physical Review Letters (doi: 10.1103 / PhysRevLett.118.030401).

Source: https://habr.com/ru/post/ar401051/