भौतिकविदों ने दुनिया का पहला "क्रिस्टल ऑफ़ टाइम" बनाया है

क्रिस मोनरो ने एक समान डिजाइन के आयन जाल के साथ काम किया (स्रोत: हार्टमुट हेफ़नर)

2012 में, भौतिकी के नोबेल पुरस्कार विजेता फ्रैंक विल्सेक ने एक असामान्य विचार का प्रस्ताव दिया। उसने "समय क्रिस्टल" के अस्तित्व की संभावना का सुझाव दिया (और साबित करने की कोशिश की)। भौतिकशास्त्री के अनुसार, ऐसी संरचनाएं समय की समरूपता में एक गलती से उनके आंदोलन के लिए ऊर्जा प्राप्त करती हैं। विल्सेक के अनुसार एक दोष, अनित्य गति का एक विशेष रूप है।

क्रिस्टल स्वयं बहुत ही असामान्य संरचनाएं हैं। उदाहरण के लिए, क्रिस्टल (उनमें से जिनके क्रिस्टल जाली में एक उच्च - घन - समरूपता नहीं है) में अनिसोट्रॉपी का गुण होता है। क्रिस्टल के अनिसोट्रॉपी विभिन्न दिशाओं में उनके भौतिक गुणों (लोचदार, यांत्रिक, थर्मल, विद्युत, चुंबकीय, ऑप्टिकल और अन्य) की विविधता है।

आधुनिक भौतिक विज्ञानी न केवल क्रिस्टल के अनिसोट्रॉपी में रुचि रखते हैं, बल्कि उनकी समरूपता में भी रुचि रखते हैं। समरूपता के लिए, यह न केवल उनकी संरचना और वास्तविक तीन आयामी अंतरिक्ष में गुणों में प्रकट होता है, बल्कि क्रिस्टल इलेक्ट्रॉनों के ऊर्जा स्पेक्ट्रम, एक्स-रे विवर्तन का विश्लेषण, न्यूट्रॉन विवर्तन और पारस्परिक स्थान का उपयोग करके क्रिस्टल में इलेक्ट्रॉन विवर्तन का वर्णन भी करता है। "समय के क्रिस्टल" के रूप में, यहां वैज्ञानिकों ने सुझाव दिया है कि क्रिस्टल समय में सममित हैं।

विलसेक बोला2010 में इस संभावित घटना के बारे में: "मैंने लगातार क्रिस्टल के वर्गीकरण के बारे में सोचा, और फिर मैंने सोचा कि आप इस दृष्टिकोण से अंतरिक्ष-समय की कल्पना कर सकते हैं। अगर हम अंतरिक्ष में क्रिस्टल के बारे में सोचते हैं, तो समय के साथ क्रिस्टल संरचनाओं की कल्पना करना तर्कसंगत होगा। ” क्रिस्टल में, परमाणु जाली में एक स्थिर स्थिति पर कब्जा कर लेते हैं। और चूंकि स्थिर वस्तुएं समय पर अपरिवर्तित रहती हैं, इसलिए संभावना है कि परमाणु समय में लगातार दोहराए जाने वाले जाली का निर्माण कर सकते हैं। वे असतत अंतराल के माध्यम से अपनी प्रारंभिक स्थिति में लौटते हैं, अस्थायी समरूपता को तोड़ते हैं। यदि कोई क्रिस्टल ऊर्जा का उपभोग नहीं करता है और ऊर्जा का उत्पादन नहीं करता है, तो ऐसे अस्थायी क्रिस्टल स्थिर होते हैं, जो "जमीनी अवस्था" में होते हैं। इसके अलावा, चक्रीय परिवर्तन क्रिस्टल संरचना में होते हैं, जो,भौतिकी की दृष्टि से, इसे सदा गति माना जा सकता है।

कई भौतिकविदों को अस्थायी क्रिस्टल के अस्तित्व की संभावना की परिकल्पना की वैधता के बारे में संदेह था। लेकिन जिन वैज्ञानिकों ने इसे स्वीकार किया, वे विल्सेक की धारणा की वैधता को सत्यापित करने के तरीके खोजने लगे। और उन्होंने पाया। मैरीलैंड विश्वविद्यालय



के क्रिस मुनरोकॉलेज पार्क में पहली बार वह अपनी प्रयोगशाला में एक अस्थायी क्रिस्टल बनाने में सक्षम था। उनका विचार एक रिंग में व्यवस्थित आयनों के समूह के रूप में एक क्वांटम प्रणाली बनाना था। अंगूठी को ठंडा करते समय, जैसा कि मोनरो ने दावा किया था (और उससे पहले, अन्य वैज्ञानिक), पूरे सिस्टम की ऊर्जा स्थिति न्यूनतम हो जाएगी। दूसरे शब्दों में, ऐसी शर्तों के तहत, सिस्टम "जमीनी स्थिति" के चरण में चला जाता है। यदि अस्थायी समरूपता टूट गई है, तो अंगूठी को समय में बदलना चाहिए। दूसरे शब्दों में, घुमाएँ। बेशक, इस आंदोलन की ऊर्जा को निकालना असंभव है, क्योंकि यह ऊर्जा के संरक्षण के कानून का खंडन करता है।



यह सब एक सिद्धांत है। व्यवहार में, इस विचार को लागू करना अधिक कठिन है। कई वर्षों पहले अस्थायी क्रिस्टल की परिकल्पना की आयनों की एक अंगूठी बनाने और सत्यापित करने की मंशा बर्कले के वैज्ञानिकों द्वारा बताई गई थी। उन्होंने एक छोटे कक्ष में सैकड़ों कैल्शियम आयनों को इंजेक्ट करने की योजना बनाई। यह कैमरा इलेक्ट्रोड से घिरा होना चाहिए और करंट चालू करना चाहिए। परिणामी विद्युत क्षेत्र आयनों को एक चैम्बर में लगभग 100 माइक्रोन मोटी में संचालित करने की अनुमति देता है। फिर क्षेत्र को संरेखित करने के लिए कणों को "जांचना" आवश्यक है। आयन, एक दूसरे से शुरू होकर, एक क्रिस्टल रिंग बनाते हैं, जो कक्ष के बाहरी किनारे पर समान रूप से वितरित होते हैं।

यह माना जाता है कि इस तरह के जाल में आयन एक उत्तेजित अवस्था में होंगे, लेकिन एक लेजर की मदद से उनकी गतिज ऊर्जा धीरे-धीरे कम हो जाएगी। योजना के अनुसार, सिस्टम का तापमान शून्य से 1 बिलियन डिग्री ऊपर लाया जाना चाहिए। सिस्टम के जमीनी अवस्था में पहुंचने के बाद, वैज्ञानिकों ने एक स्थिर चुंबकीय क्षेत्र को चालू करने की योजना बनाई। यह क्षेत्र, यदि अस्थायी क्रिस्टल की परिकल्पना सही है, तो आयनों को घुमाना चाहिए था। एक निश्चित समयावधि के भीतर आयन अपने प्रारंभिक बिंदु पर लौटने के बाद, वैज्ञानिकों ने लौकिक समरूपता के उल्लंघन का पता लगाया होगा।

मोनरो इसी तरह से चला गया, केवल उस अंगूठी को बनाने के लिए जिसमें उसने पोटेशियम आयनों का उपयोग नहीं किया, लेकिन ytterbium आयनों। विचार को लागू करने में कठिनाई यह है कि किसी निश्चित स्थान पर एक निश्चित समय में एक कण के अस्तित्व की भविष्यवाणी करना संभव नहीं है। सच है, एंडरसन स्थानीयकरण के लिए धन्यवाद, इस नियम में एक अपवाद दिखाई देता है जिसका उपयोग किया जा सकता है। एंडरसन स्थानीयकरण - एक घटना जो एक स्थानिक तरंगों के फैलाव के दौरान स्थानिक अशुभताओं के साथ होती है और इस तथ्य में शामिल होती है कि कई विसंगतियों द्वारा बिखराव और बिखरी हुई तरंगों के हस्तक्षेप के कारण, यात्रा तरंगों का प्रसार असंभव हो जाता है; कंपन अंतरिक्ष के एक सीमित क्षेत्र में केंद्रित (स्थानीयकृत) खड़ी लहर के चरित्र को प्राप्त करता है।

अपेक्षाकृत हाल ही में, भौतिकविदों ने क्वांटम कणों के समूहों का एक दूसरे के साथ इस तरह से बातचीत करते हुए अध्ययन किया है कि यह बातचीत उन्हें स्थानीय बनाने के लिए मजबूर करती है। मुनरो इस अध्ययन के परिणामों का उपयोग करने के लिए एक विशेष समय पर ytterbium आयनों को मजबूर करने में सक्षम था। नतीजतन, एक अस्थायी क्रिस्टल बनाया गया था, और मोनरो टीम, इस प्रकार, अस्थायी समरूपता को तोड़ने की संभावना साबित हुई। एक अस्थायी क्रिस्टल के गुणों का अध्ययन करते समय, यह पता चला कि आयन उत्तेजना की आवृत्ति में एक महत्वपूर्ण परिवर्तन क्रिस्टल को "पिघला" देता है। वैज्ञानिकों के अनुसार, एक अस्थायी क्रिस्टल का निर्माण क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए व्यापक संभावनाएं खोलता है। उदाहरण के लिए, अस्थायी क्रिस्टल के आधार पर, एक विश्वसनीय क्वांटम मेमोरी बनाई जा सकती है।

सच है, मोनरो और सहयोगियों के काम को अभी भी सत्यापन की आवश्यकता है। भौतिकविदों की अन्य टीमों ने प्रयोग को दोहराकर अस्थायी क्रिस्टल के प्रभाव की प्रकृति का परीक्षण करने की योजना बनाई है। यदि यह सफल होता है, तो फ्रैंक विलजेक परिकल्पना एक सिद्धांत बन जाएगा, और क्वांटम भौतिकी को आगे के विकास के लिए एक प्रोत्साहन प्राप्त होगा।

arXiv: 1609.08684

Source: https://habr.com/ru/post/hi398169/