Da haben wir in der Minze, was ein Kristall ist. In der Schule haben wir gelernt, dass diese Materialien, von Zuckerkörnern bis zu Diamanten, eine homogene und geordnete Anordnung ihrer Atome gemeinsam haben, die ein Muster bilden, das sich im ganzen Raum wiederholt und ihre schönen und regelmäßigen Formen hervorbringt. Während eines Kurses am Massachusetts Institute of Technology (MIT), wo Professor Frank Wilczek, Nobelpreisträger für Physik, eine Idee hatte: Was wäre, wenn es einige „Zeitkristalle“ gäbe, deren Struktur sich nicht im Raum, sondern in der Zeit wiederholt?
Diese „exotische“ Hypothese, die 2012 gepflanzt wurde, löste jahrelang eine heftige Debatte in der wissenschaftlichen Gemeinschaft aus. Ein solcher Kristall muss nach Möglichkeit seine Stabilität bewahren können, gleichzeitig aber auch seine Kristallstruktur periodisch verändern; Es wird entschieden, dass wir, wenn wir sie zu unterschiedlichen Zeiten beobachten, wahrnehmen sollten, dass ihre Struktur (im Raum) nicht immer dieselbe ist, da sie sich in einem Zustand ständiger Bewegung befindet, selbst in einem Zustand minimaler Energie oder im Grundzustand.
All dies untergräbt direkt die Gesetze der Thermodynamik. Und diese Kristalle wären weder fest noch flüssig noch gasförmig. Nicht einmal Plasma -ionisiertes Gas-. Es wäre ein anderer Zustand.
Nach heftigen Debatten, in denen Wilczek fast für verrückt gebrandmarkt wurde, gelang es einem Team 2016 endlich zu zeigen, dass es theoretisch möglich ist, Zeitkristalle herzustellen, was nur ein Jahr später gelang. Seitdem hat sich dieses Gebiet der Physik zu einem sehr vielversprechenden Gebiet entwickelt, das alles von der Quantentechnologie über die Telekommunikation, den Bergbau bis hin zum Verständnis des Universums revolutionieren könnte.
Es gibt jedoch ein Problem: Diese Kristalle treten nur unter ganz bestimmten Bedingungen auf. Konkret nutzten die Wissenschaftler Bose-Einstein-Magnon-Quasiteilchen-Kondensate, einen Materiezustand, der entsteht, wenn Teilchen, sogenannte Bosonen, auf nahezu den absoluten Nullpunkt (-273,15 Grad Celsius oder -460 Grad Fahrenheit) abgekühlt werden. Dies erfordert sehr ausgefeilte Geräte und darf natürlich die Labore und Vakuumkammern nicht verlassen, da die Wechselwirkung mit der äußeren Umgebung seine Entstehung unmöglich macht.
Bis jetzt. Einem Team der University of California Riverside ist es gelungen, optische Zeitkristalle herzustellen, die bei Raumtemperatur erzeugt werden können, wie in einer Studie im Fachblatt „Nature Communications“ erläutert wird. Dazu wurde ein winziger Mikroresonator genommen – eine Scheibe aus Magnesium-Fluorid-Glas von nur einem Millimeter Durchmesser, die beim Empfang von Wellen bestimmter Frequenzen in Resonanz gerät. Anschließend beschossen sie diesen optischen Mikroresonator mit Strahlen von zwei Lasern.
Die subharmonischen Spitzen
Die subharmonischen Spikes (Solitonen) oder Frequenztöne zwischen den beiden Laserstrahlen, die auf das Brechen der Zeitsymmetrie hinweisen und dadurch entstehende Zeitkristalle. Das System erzeugt eine rotierende Gitterfalle für optische Solitonen, in der dann deren Periodizität oder zeitliche Struktur angezeigt wird.
Um die Integrität des Systems bei Raumtemperatur aufrechtzuerhalten, wird das Team den Autoinjektorblock verwenden, eine Technik, die garantiert, dass der Salzlaser eine bestimmte optische Frequenz beibehält. Das bedeutet, dass das System aus dem Labor genommen und für Feldanwendungen verwendet werden kann, insbesondere zur Zeitmessung, Integration in Quantencomputer oder zur Untersuchung des Zustands selbst.
„Wenn Ihr experimentelles System einen Energieaustausch mit seiner Umgebung hat, arbeiten Dissipation und Rauschen Hand in Hand, um die zeitliche Ordnung zu zerstören“, Hossein Taheri, Marlan und Rosemary Bourns, Professor für Elektro- und Computertechnik an der UC Riverside und Hauptautor der Studie. "Auf unserer Photonik-Plattform findet das System ein Gleichgewicht zwischen Gewinn und Verlust, um Zeitkristalle zu erzeugen und zu erhalten."
