Der har vi i mynten, hvad en krystal er. I skolen lærte vi, at fra sukkerkorn til diamanter deler disse materialer et homogent og velordnet arrangement af deres atomer, der danner et mønster, der gentager sig i hele rummet, hvilket giver anledning til deres smukke og regelmæssige former. Under en klasse på Massachusetts Institute of Technology (MIT), hvor professor Frank Wilczek, Nobelprisen i fysik, fik en idé: hvad nu hvis der var nogle 'tidskrystaller', hvis struktur, i stedet for at gentage sig selv i rummet, gentog sig i tiden?
Denne 'eksotiske' hypotese plantet i 2012 skabte en stærk debat i det videnskabelige samfund i årevis. Hvis det er muligt, skal denne type krystal være i stand til at bevare sin stabilitet, men samtidig også periodisk ændre sin krystalstruktur; Det besluttes, at hvis vi observerer dem på forskellige tidspunkter, skal vi opfatte, at deres struktur (i rummet) ikke altid er den samme, idet de er i en tilstand af evig bevægelse, selv i en tilstand af minimumsenergi eller grundlæggende tilstand.
Alt dette underminerer direkte termodynamikkens love. Og disse krystaller ville hverken være faste eller flydende eller gasformige. Ikke engang plasma-ioniseret gas-. Det ville være en anden sagstilstand.
Efter voldsomme debatter, hvor Wilczek blev stemplet som nærmest skør, lykkedes det i 2016 endelig et hold at vise, at det teoretisk var muligt at skabe tidskrystaller, en bedrift, der blev opnået blot et år senere. Siden da er dette felt af fysik blevet et meget lovende felt, der kunne revolutionere alt fra kvanteteknologi til telekommunikation, gennem minedrift eller selve forståelsen af universet.
Der er dog et problem: Disse krystaller optræder kun under meget særlige forhold. Konkret brugte forskerne Bose-Einstein magnon kvasipartikelkondensater, en stoftilstand, der skabes, når partikler, kaldet bosoner, afkøles til nær det absolutte nul (-273,15 grader Celsius eller -460 grader Fahrenheit). Dette kræver meget sofistikeret udstyr og kan selvfølgelig ikke forlade laboratorierne og vakuumkamrene, da samspillet med det ydre miljø gør det umuligt.
Indtil nu. Et hold fra University of California Riverside har formået at skabe optiske tidskrystaller, der kan genereres ved stuetemperatur, som forklaret i en undersøgelse i tidsskriftet 'Nature Communications'. For at gøre dette blev der taget en lille mikroresonator - en disk lavet af magnesiumfluoridglas kun en millimeter i diameter, der gik ind i resonans, når den modtog bølger med bestemte frekvenser. De bombarderede derefter denne optiske mikroresonator med stråler fra to lasere.
De subharmoniske toppe
De subharmoniske spidser (solitoner), eller frekvenstoner mellem de to laserstråler, som indikerer brydning af tidssymmetri og dermed skabte tidskrystaller. Systemet skaber en roterende gitterfælde for optiske solitoner, hvor deres periodicitet eller struktur i tid derefter vises.
For at bevare systemets integritet ved stuetemperatur vil holdet bruge autoinjektorblokken, en teknik, der garanterer, at saltvandslaseren bevarer en vis optisk frekvens. Det betyder, at systemet kan tages ud af laboratoriet og bruges til feltapplikationer, specifikt til at måle tid, integrere i kvantecomputere eller studere selve tilstanden.
"Når dit eksperimentelle system har en energiudveksling med sine omgivelser, arbejder spredning og støj hånd i hånd for at ødelægge tidsmæssig orden," Hossein Taheri, Marlan og Rosemary Bourns professor i elektro- og computerteknik ved UC Riverside og hovedforfatter af undersøgelsen. "På vores fotonikplatform finder systemet en balance mellem gevinst og tab for at skabe og bevare tidskrystaller."
