کریستال های زمان اکنون می توانند آزمایشگاه را ترک کنند

در ضرابخانه می دانیم که کریستال چیست. در مدرسه یاد گرفتیم که از دانه های شکر گرفته تا الماس، این مواد چینش همگن و منظمی از اتم های خود دارند و الگویی را تشکیل می دهند که در سراسر فضا تکرار می شود و شکل های زیبا و منظم آنها را ایجاد می کند. در طی کلاسی در مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) که پروفسور فرانک ویلچک، برنده جایزه نوبل فیزیک، ایده‌ای داشت: چه می‌شد اگر «کریستال‌های زمان» وجود داشته باشند که ساختارشان به جای تکرار خود در فضا، در زمان تکرار می‌شد؟

این فرضیه "عجیب" که در سال 2012 کاشته شد، سال ها بحث قوی در جامعه علمی ایجاد کرد. در صورت امکان، این نوع کریستال باید بتواند ثبات خود را حفظ کند، اما در عین حال ساختار بلوری خود را نیز به صورت دوره ای تغییر دهد. تصمیم بر این است که اگر آنها را در زمان های مختلف مشاهده کنیم، متوجه شویم که ساختار آنها (در فضا) همیشه یکسان نیست، در حالت حرکت دائمی، حتی در حالت حداقل انرژی یا حالت پایه.

همه اینها به طور مستقیم قوانین ترمودینامیک را تضعیف می کند. و این بلورها نه جامد، نه مایع و نه گاز خواهند بود. حتی گاز یونیزه شده پلاسما. این یک وضعیت متفاوت از ماده خواهد بود.

پس از مناظره های شدید که در آن ویلچک تقریباً دیوانه نامیده می شد، در سال 2016 یک تیم سرانجام موفق شد نشان دهد که از نظر تئوری امکان ایجاد کریستال های زمان وجود دارد، شاهکاری که تنها یک سال بعد به دست آمد. از آن زمان، این رشته از فیزیک به یک رشته بسیار امیدوارکننده تبدیل شده است که می تواند همه چیز را از فناوری کوانتومی گرفته تا ارتباطات راه دور، از طریق استخراج معدن یا درک خود از جهان، متحول کند.

با این حال، یک مشکل وجود دارد: این کریستال ها فقط در شرایط بسیار خاص ظاهر می شوند. به عبارت دقیق، دانشمندان از میعانات شبه ذرات بوز-اینشتین مگنون استفاده کردند، حالتی از ماده که زمانی ایجاد می شود که ذرات به نام بوزون تا نزدیک صفر مطلق (273,15- درجه سانتیگراد یا -460 درجه فارنهایت) سرد شوند. این به تجهیزات بسیار پیچیده ای نیاز دارد و البته نمی توان از آزمایشگاه ها و اتاق های خلاء خارج شد، زیرا تعامل با محیط خارجی ایجاد آن را غیرممکن می کند.

تا به حال. تیمی از دانشگاه کالیفرنیا ریورساید موفق به ایجاد کریستال‌های زمان نوری شده‌اند که می‌توانند در دمای اتاق تولید شوند، همانطور که در مطالعه‌ای در مجله Nature Communications توضیح داده شده است. برای انجام این کار، یک میکرو تشدید کننده کوچک گرفته شد - یک دیسک ساخته شده از شیشه فلوراید منیزیم فقط یک میلی متر قطر دارد که هنگام دریافت امواج فرکانس های خاص وارد رزونانس می شود. آنها سپس این میکرورزوناتور نوری را با پرتوهای دو لیزر بمباران کردند.

قله های ساب هارمونیک

سنبله های ساب هارمونیک (سالیتون ها) یا زنگ های فرکانسی بین دو پرتو لیزر که نشان دهنده شکست تقارن زمانی و در نتیجه ایجاد کریستال های زمانی است. این سیستم یک تله شبکه دوار برای سالیتون های نوری ایجاد می کند که در آن تناوب یا ساختار آنها در زمان نمایش داده می شود.

برای حفظ یکپارچگی سیستم در دمای اتاق، تیم از بلوک تزریق خودکار استفاده خواهد کرد، تکنیکی که تضمین می‌کند لیزر سالین فرکانس نوری خاصی را حفظ می‌کند. این بدان معناست که سیستم را می توان از آزمایشگاه خارج کرد و برای کاربردهای میدانی، به ویژه برای اندازه گیری زمان، ادغام در رایانه های کوانتومی، یا مطالعه خود حالت استفاده کرد.

حسین طاهری، استاد مارلان و رزماری بورنز، استاد مهندسی برق و کامپیوتر در UC Riverside و نویسنده اصلی این مطالعه، «زمانی که سیستم آزمایشی شما با محیط پیرامون خود تبادل انرژی دارد، اتلاف و سر و صدا دست به دست هم می دهند تا نظم زمانی را از بین ببرند». در پلت فرم فوتونیک ما، سیستم تعادلی بین سود و زیان ایجاد می کند تا کریستال های زمان را ایجاد و حفظ کند.