Los científicos han confirmado la existencia de "cristales de tiempo", un estado de fase de la materia con una violación de la simetría temporal

La estructura del cristal del tiempo se repite periódicamente no solo en el espacio, sino también en el tiempo. Por ejemplo, un anillo de átomos enfriados en un campo magnético débil

, por lo tanto, esto ya no es una conversación vacía y no es una teoría simple. La semana pasada, la revista autorizada Physical Review Letters publicó un artículo científico del profesor asistente en la Universidad de California, Berkeley, Norman Yao con sus colegas, en el que da un diagrama para crear un cristal de tiempo y una técnica de registro estatal específica para esto. Una nueva forma de materia.

Ahora se ha construido un puente entre la teoría y la realidad: todos pueden repetir el experimento de crear cristales de tiempo, y esta teoría del premio Nobel Wilcek puede considerarse confirmada experimentalmente.

En 2012, el destacado físico Frank Wilcek presentó la hipótesis de los "cristales de tiempo" . Por otra parte, se vuelve comprensible si imaginamos la existencia de un cristal en el espacio-tiempo un poco más de lo que se acepta. Por lo general, es habitual considerar una red cristalina en el espacio, pero Frank Wilcek sugirió mirarla también a tiempo.

Si observa los átomos de la red cristalina de esta manera, se producen algunas vibraciones de energía interna en un cristal externo estable. Los cálculos de Wilcek mostraron que los átomos pueden formar una red que se repite constantemente en el tiempo, volviendo a su posición original después de diferentes intervalos de tiempo, rompiendo así la simetría temporal. Resulta que sin el consumo o la producción de energía, los cristales temporales estarán en el "estado fundamental", pero cambiarán cíclicamente la estructura, que desde el punto de vista de la física se define como movimiento perpetuo.

En septiembre de 2016, Chris Monroe creó el primer cristal temporal en el laboratorio de la Universidad de Maryland en College Park.. Su idea era crear un sistema cuántico en forma de un grupo de iones dispuestos en un anillo. Cuando el anillo se enfría, el estado de energía del sistema caerá al nivel mínimo, es decir, el "estado fundamental". Chris Monroe tomó iones de iterbio para crear el "estado fundamental" del anillo. Utilizó las interacciones cuánticas para forzar a los iones de iterbio a entrar en el estado fundamental y luego corregir la violación de la simetría temporal. Trabajo científico publicado en arXiv.org .

Después del grupo Monroe, colegas de la Universidad de Harvard llevaron a cabo un experimento exitoso con la creación de cristales de tiempo (el autor principal del estudio fue Mikhail Lukin, un empleado de Harvard), utilizando una configuración experimental completamente diferente con centros de vacío de nitrógeno densamente empaquetados en diamantes. Ellos tambienpublicó sus resultados en arXiv.org . Norman Yao, un representante del Departamento de Física de la Universidad de California, Berkeley, participó en el trabajo de Harvard.

Norman Yao simultáneamente trabajó en estrecha colaboración con los equipos de investigación de Monroe y Lukin, lo que le permitió estudiar en detalle las principales propiedades básicas de los cristales de tiempo.

Los cristales de tiempo repiten periódicamente su estructura, porque periódicamente reciben energía del exterior. Según el maestro Yao, esto se puede comparar con el movimiento de un cubo de gelatina que se movió con un dedo. Habiendo recibido un efecto de energía externa, los cristales de tiempo exhiben un comportamiento extremadamente interesante, lo que los convierte en un nuevo estado de fase de la materia. Esta es una amplia clase de materiales que no están naturalmente equilibrados .



"Esta es una nueva fase del estado de la materia, definitivamente", dice Norman Yao. - pero es realmente genial, porque es uno de los primeros ejemplos de materia de no equilibrio. Durante el último medio siglo, hemos estudiado la materia de equilibrio, tanto en metales como en dieléctricos. Recién estamos comenzando a estudiar un mundo completamente nuevo de materia de no equilibrio ”.

El propio Norman Yao apenas puede imaginar dónde se pueden usar los cristales de tiempo en la práctica. Otros investigadores sugieren que los materiales sin equilibrio con una repetición cíclica de la estructura en el tiempo pueden convertirse en dispositivos de almacenamiento casi ideales y encontrarán aplicación en computadoras cuánticas.


Cambiar los parámetros experimentales puede derretir fácilmente un cristal de tiempo al estado de un dieléctrico trivial o calentarlo.Ilustración: Norman Yao

En un artículo científico publicado recientemente, Norman Yao describe un esquema para crear un anillo de 10 iones de iterbio en el que los espines de los electrones interactúan entre sí como qubits en computadoras cuánticas. Para eliminar los iones del equilibrio, se irradian con un pulso láser para crear un campo magnético débil, y el segundo láser desenrolla parcialmente los espines de los átomos, repitiendo este efecto muchas veces. Dado que los giros interactúan entre sí, los átomos se mueven en un patrón de interacción repetible que determina la estructura del cristal. Tal esquema se usó durante el experimento anterior en la Universidad de Maryland.

En un cristal de tiempo, los electrones forman un cristal en el tiempo, que no corresponde a la simetría de los átomos fijos en el espacio. Esto es lo que determina sus propiedades únicas.


Crystal Time Universidad de Maryland. Ilustración: APS / Alan Stonebraker / Phil Richerme

Otra propiedad inusual de este estado de fase es la respuesta a la interacción con un intervalo que excede el intervalo de interacción. Es decir, el material se irradia con un láser con un intervalo de T, y el material reacciona con un intervalo de 2T. Esta es una propiedad extremadamente extraña que no se encuentra en materiales ordinarios. Imagine un cubo de gelatina que comienza a fluctuar solo con el segundo clic.

En los experimentos del grupo de Mikhail Lukin con una configuración experimental completamente diferente, se registró el mismo fenómeno de violación de la simetría temporal, lo que demuestra que el cristal del tiempo realmente representa un nuevo estado de fase de la materia.

El artículo científico fue publicado el 18 de enero de 2017 en la revista Physical Review Letters (doi: 10.1103 / PhysRevLett.118.030401).

Source: https://habr.com/ru/post/es401051/