Daar het ons in gedagte wat 'n kristal is. Op skool het ons geleer dat, van suikerkorrels tot diamante, hierdie materiale 'n homogene en geordende rangskikking van hul atome deel, wat 'n patroon vorm wat deur die ruimte herhaal, wat aanleiding gee tot hul pragtige en gereelde vorms. Tydens 'n klas by die Massachusetts Institute of Technology (MIT) waar die Nobel-fisikaprofessor Frank Wilczek met 'n idee vorendag gekom het: wat as daar 'tydkristalle' was waarvan die struktuur, in plaas van om homself in die ruimte te herhaal, in die ruimte herhaal word? tyd?
Hierdie 'eksotiese' hipotese wat in 2012 geplant is, het jare lank 'n sterk debat in die wetenskaplike gemeenskap opgewek. Indien moontlik, moet hierdie tipe kristal sy stabiliteit kan behou, maar terselfdertyd ook periodiek sy kristalstruktuur verander; Daar word besluit dat as ons hulle op verskillende oomblikke waargeneem het, ons moet sien dat hul struktuur (in die ruimte) nie altyd dieselfde is nie, aangesien dit in 'n toestand van ewigdurende beweging is, selfs in 'n toestand van minimum energie of fundamentele toestand.
Dit alles oortree direk die wette van termodinamika. En hierdie kristalle sou nie solied, nóg vloeibaar, nóg gasse wees. Nie eers plasma-geïoniseerde gas- nie. Dit sou nog 'n ander toestand van materie wees.
Ná hewige debatte waarin Wilczek amper mal genoem is, het ’n span in 2016 uiteindelik daarin geslaag om te demonstreer dat dit teoreties moontlik was om tydkristalle te skep, ’n prestasie wat net ’n jaar later behaal is. Sedertdien het hierdie area van fisika 'n baie belowende veld geword wat alles van kwantumtegnologie tot telekommunikasie, mynbou en die begrip van die heelal self kan verander.
Daar is egter 'n probleem: hierdie kristalle verskyn slegs onder baie spesifieke omstandighede. In konkrete terme het die wetenskaplikes Bose-Einstein magnon-kwasipartikelkondensate gebruik, 'n toestand van materie wat geskep is toe die deeltjies, genoem bosone, afgekoel is tot byna absolute nul (-273,15 grade Celsius of -460 grade Fahrenheit). Dit vereis baie gesofistikeerde toerusting wat natuurlik nie laboratoriums en vakuumkamers kan verlaat nie, aangesien die interaksie met die buite-omgewing die skepping daarvan onmoontlik maak.
Tot nou toe. 'n Span van die Universiteit van Kalifornië Riverside het daarin geslaag om optiese tydkristalle te skep wat by kamertemperatuur gegenereer kan word, soos verduidelik in 'n studie in die joernaal 'Nature Communications'. Om dit te doen, is 'n piepklein mikro-resonator geneem - 'n skyf gemaak van magnesiumfluoriedglas van slegs een millimeter in deursnee wat in resonansie gegaan het wanneer golwe van sekere frekwensies ontvang word. Toe het hulle hierdie optiese mikro-resonator met die strale van twee lasers gebombardeer.
Die subharmoniese pieke
Die subharmoniese pieke (solitons), of frekwensietone tussen die twee laserstrale, dui die breek van die simmetrie van tyd aan en het dus tydkristalle geskep. Die stelsel skep 'n roterende tralieval vir optiese solitons waarin hul perioriiteit of struktuur oor tyd dan getoon word.
Om die integriteit van die stelsel by kamertemperatuur te handhaaf, sal die span die outo-injectorblok gebruik, 'n tegniek wat verseker dat die soutlaser 'n sekere optiese frekwensie handhaaf. Dit beteken dat die stelsel uit die laboratorium gehaal en vir veldtoepassings gebruik kan word, spesifiek om tyd te meet, in kwantumrekenaars te integreer of die toestand self te bestudeer.
"Wanneer jou eksperimentele stelsel 'n energie-uitruiling met sy omgewing het, werk dissipasie en geraas hand aan hand om die tydelike orde te vernietig," het Hossein Taheri, Marlan en Rosemary Bourns Professor van Elektriese en Rekenaaringenieurswese aan die Universiteit van Massachusetts, in 'n verklaring verduidelik UC Riverside en hoofskrywer van die studie. "In ons fotonika-platform vind die stelsel 'n balans tussen wins en verlies om tydkristalle te skep en te bewaar."
