Fizicienii au aruncat atomii în aer la sute de ori dimensiunea lor obișnuită pentru a crea o versiune spectaculoasă a materiei exotice despre care odată se credea imposibilă.
Faza ciudată a materiei, cunoscută sub numele de cristal al timpului, a fost creată prin tragerea cu lasere asupra atomilor de rubidiu până când aceștia au ajuns într-o formă excitată.
Procedând astfel, cercetătorii spun că au deschis o nouă cale de explorare a proprietăților cristalelor misterioase, care circulă periodic între două stări aparent fără sfârșit, mișcându-se pentru totdeauna și nu pierd niciodată energie.
Noua tehnică, care a fost descrisă pe 2 iulie în jurnal Fizica naturiiar putea ajuta, de asemenea, oamenii de știință să construiască computere cuantice mai bune.
„Am creat aici un nou sistem care oferă o platformă puternică pentru aprofundarea înțelegerii fenomenului cristalului timp într-un mod care se apropie foarte mult de ideea originală a lui Frank Wilczek”, co-autor. Thomas Pohlfizician la Universitatea din Viena, a spus într-o declarație.
Propuse pentru prima dată în 2012 de către fizicianul laureat al premiului Nobel Wilczek, cristalele de timp sunt grupuri de particule care se repetă în timp, la fel ca alte cristale (cum ar fi sarea de masă sau diamantele) se repetă în spațiu.
Legate de: Fizicienii leagă două cristale de timp într-un experiment aparent imposibil
Acest lucru este incitant pentru fizicieni. De obicei, legile fizicii, care sunt simetrice în spațiu și (În cele mai multe cazuri) timp, creând rezultate care sunt aceleași, indiferent de direcția lor în spațiu și timp.
Dar cristalele rup această simetrie, aranjandu-se într-o direcție spațială preferată. Aceasta înseamnă că, chiar dacă legile fizice sunt încă simetrice, ele creează rezultate diferite în funcție de direcția în care acționează asupra cristalelor.
În același mod în care cristalele rup simetria în spațiu, cristalele de timp le sparg în timp. Ele există în cea mai mică energie posibilă permisă de mecanica cuantică și oscilează între două stări fără a încetini.
Aceste proprietăți remarcabile au condus la multe afirmații că cristalele de timp sunt mașini cu mișcare perpetuă care încalcă a doua lege a termodinamicii, dar nu este cazul. Cristalele, care sunt conduse de lasere, pur și simplu nu pot pierde sau câștiga energie – tot ce face lumina laser care le lovește este să le facă să repete amestecul în doi pași. Aceasta înseamnă că, la fel ca multe sisteme care conțin doar o mână de atomi, a doua lege nu se aplică acestora.
De la propunerea lui Wilczek au fost făcute o serie de cristale de timp, fiecare oferind propriile ferestre unice în această fază bizară a materiei. Pentru a-și construi cristalul de timp, cercetătorii din spatele noului studiu s-au orientat către atomi de rubidiu excitați în ceea ce sunt cunoscute sub numele de stări Rydberg.
Tragând cu lumină laser într-un recipient de sticlă plin cu atomi de rubidiu, fizicienii au pompat gazul cu tone de energie în exces. Lumina laser a excitat electronii aflați în atomi, făcând ca spațiile dintre nucleele lor atomice și învelișurile exterioare ale electronilor să se ridice la sute de ori dimensiunea lor obișnuită. Acest lucru a făcut să se întâmple ceva foarte interesant.
„Dacă atomii din recipientul nostru de sticlă sunt pregătiți în astfel de stări Rydberg și diametrul lor devine uriaș, atunci forțele dintre acești atomi devin și ele foarte mari”, a spus Pohl. „Și asta, la rândul său, schimbă modul în care interacționează cu laserul. Dacă alegeți lumina laser în așa fel încât să poată excita două stări Rydberg diferite în fiecare atom în același timp, atunci este generată o buclă de feedback care provoacă oscilații spontane între cele două stări atomice. Aceasta duce, la rândul său, la absorbția luminii oscilante”.
Cu alte cuvinte, în cutia de sticlă a apărut un cristal al timpului.
„Acesta este de fapt un experiment static în care niciun ritm specific nu este impus sistemului”, a adăugat Pohl. „Interacțiunile dintre lumină și atomi sunt întotdeauna aceleași, fasciculul laser are o intensitate constantă. Dar, în mod surprinzător, s-a dovedit că intensitatea care ajunge la celălalt capăt al celulei de sticlă începe să oscileze în modele foarte regulate”.
Acum că și-au creat noul tip de cristal de timp, cercetătorii vor continua să experimenteze pe el și să îl testeze pentru aplicații ulterioare. Ei au sugerat că ar putea fi folosit pentru a crea senzori noi, foarte sensibili, alături de a ajuta oamenii de știință să înțeleagă mai bine sincronizarea cuantică – un fenomen în care mai multe sisteme cuantice pot fi făcute să acționeze în fază, ceea ce va ajuta la dezvoltarea unor computere cuantice mai bune. .