Siellä meillä on mintussa, mitä kristalli on. Koulussa opimme, että näiden materiaalien atomien järjestelyt ovat tasalaatuisia ja järjestyksessä, sokerijyvistä timantteihin muodostaen kuvion, joka toistuu läpi avaruuden ja synnyttää niiden kauniit ja säännölliset muodot. Massachusetts Institute of Technologyn (MIT) kurssilla, jossa fysiikan Nobelin professori Frank Wilczek sai idean: entä jos olisi joitain "aikakiteitä", joiden rakenne sen sijaan, että se toistaisi itseään avaruudessa, toistuisi ajassa?
Tämä vuonna 2012 istutettu "eksoottinen" hypoteesi herätti tiedeyhteisössä voimakasta keskustelua vuosia. Jos mahdollista, tämän tyyppisen kiteen on kyettävä säilyttämään stabiilius, mutta samalla myös muuttaa kiderakennettaan ajoittain; Päätetään, että jos tarkkailemme niitä eri aikoina, meidän tulisi havaita, että niiden rakenne (avaruudessa) ei ole aina sama, koska ne ovat jatkuvassa liikkeessä, jopa minimienergia- tai perustilassa.
Kaikki tämä heikentää suoraan termodynamiikan lakeja. Ja nämä kiteet eivät olisi kiinteitä eivätkä nestemäisiä eivätkä kaasuja. Ei edes plasma-ionisoitua kaasua. Tilanne olisi toinen.
Kiivaiden keskustelujen jälkeen, joissa Wilczek leimattiin melkein hulluksi, vuonna 2016 ryhmä onnistui lopulta osoittamaan, että aikakiteiden luominen oli teoreettisesti mahdollista, mikä saavutettiin vain vuotta myöhemmin. Siitä lähtien tästä fysiikan alasta on tullut erittäin lupaava ala, joka voi mullistaa kaiken kvanttiteknologiasta tietoliikenteeseen, kaivostoiminnan tai maailmankaikkeuden ymmärtämisen kautta.
On kuitenkin olemassa ongelma: nämä kiteet ilmestyvät vain hyvin erityisissä olosuhteissa. Konkreettisesti tutkijat käyttivät Bose-Einsteinin magnonin kvasihiukkaskondensaatteja, aineen tilaa, joka syntyy, kun hiukkaset, joita kutsutaan bosoneiksi, jäähtyvät lähes absoluuttiseen nollaan (-273,15 Celsius-astetta tai -460 Fahrenheit-astetta). Tämä vaatii erittäin kehittyneitä laitteita, eikä se tietenkään voi poistua laboratorioista ja tyhjiökammioista, koska vuorovaikutus ulkoisen ympäristön kanssa tekee sen luomisen mahdottomaksi.
Tähän asti. Kalifornian yliopiston Riversiden tiimi on onnistunut luomaan optisia aikakiteitä, jotka voidaan tuottaa huoneenlämpötilassa, kuten Nature Communications -lehdessä julkaistussa tutkimuksessa selitetään. Tätä varten otettiin pieni mikroresonaattori - halkaisijaltaan vain yhden millimetrin magnesiumfluorilasista valmistettu levy, joka joutui resonanssiin vastaanottaessaan tiettyjen taajuuksien aaltoja. Sitten he pommittivat tätä optista mikroresonaattoria kahden laserin säteillä.
Subharmoniset huiput
Kahden lasersäteen väliset aliharmoniset piikit (solitonit) tai taajuusäänet, jotka osoittavat aikasymmetrian katkeamista ja siten syntyneitä aikakiteitä. Järjestelmä luo optisille solitoneille pyörivän hilaloukun, jossa sitten näytetään niiden jaksollisuus tai rakenne ajassa.
Säilyttääkseen järjestelmän eheyden huoneenlämpötilassa tiimi käyttää autoinjektorilohkoa, tekniikkaa, joka takaa, että suolaliuoslaser säilyttää tietyn optisen taajuuden. Tämä tarkoittaa, että järjestelmä voidaan ottaa pois laboratoriosta ja käyttää kenttäsovelluksiin, erityisesti ajan mittaamiseen, kvanttitietokoneisiin integrointiin tai itse tilan tutkimiseen.
"Kun kokeellisessa järjestelmässäsi on energianvaihtoa ympäristönsä kanssa, hajoaminen ja melu toimivat käsi kädessä tuhotakseen ajallisen järjestyksen", Hossein Taheri, Marlan ja Rosemary Bourns, UC Riversiden sähkö- ja tietokonetekniikan professori ja tutkimuksen johtava kirjoittaja. "Fotoniikkaalustallamme järjestelmä löytää tasapainon voiton ja häviön välillä aikakiteiden luomiseksi ja säilyttämiseksi."
