Para ilmuwan telah mengkonfirmasi keberadaan "kristal waktu" - suatu fase materi dengan pelanggaran simetri temporal

Struktur kristal waktu diulang secara berkala tidak hanya dalam ruang, tetapi juga dalam waktu. Misalnya, cincin atom yang didinginkan dalam medan magnet yang lemah

, jadi ini bukan lagi pembicaraan kosong dan bukan teori kosong. Pekan lalu, jurnal resmi Physical Review Letters menerbitkan artikel ilmiah oleh asisten profesor di University of California, Berkeley, Norman Yao dengan rekan-rekannya, di mana ia memberikan diagram untuk membuat kristal waktu dan teknik registrasi negara yang khusus untuk ini bentuk materi baru.

Sekarang jembatan telah dibangun antara teori dan kenyataan - semua orang dapat mengulangi percobaan untuk menciptakan kristal waktu, dan teori pemenang hadiah Nobel Wilcek ini dapat dianggap dikonfirmasi secara eksperimen.

Pada 2012, fisikawan terkemuka Frank Wilcek mengajukan hipotesis "kristal waktu" . Ini bisa dimengerti jika kita membayangkan keberadaan kristal di ruang-waktu sedikit di sisi lain daripada ini diterima. Biasanya sudah biasa untuk mempertimbangkan kisi kristal di ruang angkasa, tetapi Frank Wilcek menyarankan untuk melihatnya juga pada waktunya.

Jika Anda melihat atom kisi kristal dengan cara ini, maka beberapa getaran energi internal terjadi pada kristal eksternal yang stabil. Perhitungan Wilcek menunjukkan bahwa atom dapat membentuk kisi yang terus berulang dalam waktu, kembali ke posisi semula setelah interval waktu yang berbeda, sehingga melanggar simetri temporal. Ternyata tanpa konsumsi atau produksi energi, kristal sementara akan berada di "keadaan dasar", tetapi secara siklis mengubah struktur, yang dari sudut pandang fisika didefinisikan sebagai gerak abadi.

Pada September 2016, Chris Monroe menciptakan kristal sementara pertama di laboratorium University of Maryland di College Park.. Idenya adalah menciptakan sistem kuantum dalam bentuk sekelompok ion yang tersusun dalam sebuah cincin. Ketika cincin didinginkan, keadaan energi sistem akan turun ke tingkat minimum, yaitu, "keadaan dasar". Chris Monroe mengambil ion ytterbium untuk menciptakan "keadaan dasar" cincin. Dia menggunakan interaksi kuantum untuk memaksa ion ytterbium memasuki kondisi dasar, dan kemudian memperbaiki pelanggaran simetri temporal. Karya ilmiah diposting di arXiv.org .

Setelah kelompok Monroe, percobaan yang sukses dengan penciptaan kristal waktu dilakukan oleh rekan-rekan dari Universitas Harvard (penulis utama penelitian ini adalah Mikhail Lukin, seorang karyawan Harvard), menggunakan pengaturan eksperimental yang sama sekali berbeda dengan pusat kekosongan nitrogen padat di berlian. Mereka jugamenerbitkan hasilnya di arXiv.org . Norman Yao, seorang wakil dari Departemen Fisika di University of California, Berkeley, mengambil bagian dalam pekerjaan Harvard.

Norman Yao secara bersamaan bekerja erat dengan tim peneliti Monroe dan Lukin, yang memungkinkannya untuk mempelajari secara rinci sifat-sifat dasar utama kristal waktu.

Kristal waktu secara berkala mengulangi strukturnya, karena mereka secara berkala menerima energi dari luar. Menurut kepala sekolah Yao, ini dapat dibandingkan dengan gerakan kubus jeli yang dijentikkan dengan jari. Setelah menerima efek energi eksternal, kristal waktu menunjukkan perilaku yang sangat menarik, yang menjadikannya keadaan materi fase baru. Ini adalah kelas material yang luas yang tidak seimbang secara alami .



“Ini adalah tahap materi yang baru, tentu saja,” kata Norman Yao. - tapi ini benar-benar keren, karena ini adalah salah satu contoh pertama dari zat non-kalibrasi. Selama setengah abad terakhir, kami telah mempelajari materi keseimbangan, baik dalam logam maupun dielektrik. Kami baru saja mulai mempelajari dunia yang sepenuhnya baru dari zat non-cair. ”

Norman Yao sendiri sulit membayangkan di mana kristal waktu dapat digunakan dalam praktik. Peneliti lain menunjukkan bahwa bahan non-kalibrasi dengan pengulangan struktur yang berulang dalam waktu dapat menjadi perangkat penyimpanan yang hampir ideal dan akan menemukan aplikasi di komputer kuantum.


Mengubah parameter eksperimental dapat dengan mudah melelehkan kristal waktu ke keadaan dielektrik sepele atau memanaskannya.Ilustrasi: Norman Yao

Dalam sebuah makalah ilmiah yang baru saja diterbitkan, Norman Yao menjelaskan skema untuk membuat cincin 10 ytterbium ion di mana elektron berputar berinteraksi satu sama lain seperti qubit di komputer kuantum. Untuk menghilangkan ion dari kesetimbangan, mereka diiradiasi dengan pulsa laser untuk menciptakan medan magnet yang lemah, dan laser kedua sebagian melepaskan putaran atom, mengulangi efek ini berkali-kali. Karena spin berinteraksi satu sama lain, atom bergerak ke dalam pola interaksi berulang yang menentukan struktur kristal. Skema semacam itu digunakan selama percobaan di atas di Universitas Maryland.

Dalam kristal waktu, elektron membentuk kristal dalam waktu, yang tidak sesuai dengan simetri atom yang tetap di ruang angkasa. Inilah yang menentukan sifat uniknya.


Crystal Time University of Maryland. Ilustrasi: APS / Alan Stonebraker / Phil Richerme Sifat

lain yang tidak biasa dari keadaan fase ini adalah respons terhadap interaksi dengan interval yang melebihi interval interaksi. Yaitu, bahan disinari dengan laser dengan interval T, dan bahan bereaksi dengan interval 2T. Ini adalah properti yang sangat aneh yang tidak ditemukan dalam bahan biasa. Bayangkan sebuah jelly cube yang mulai berfluktuasi hanya dengan klik kedua.

Dalam percobaan kelompok Mikhail Lukin dengan pengaturan eksperimental yang sama sekali berbeda, fenomena pelanggaran simetri temporal yang sama dicatat - ini membuktikan bahwa kristal waktu benar-benar mewakili keadaan fase materi yang baru.

Artikel ilmiah ini diterbitkan pada 18 Januari 2017 di jurnal Physical Review Letters (doi: 10.1103 / PhysRevLett.118.030401).

Source: https://habr.com/ru/post/id401051/