Міне, бізде кристалдың не екенін монета сарайында бар. Мектепте біз қант дәнінен гауһарға дейін бұл материалдар атомдарының біртекті және реттелген орналасуын бөлісіп, кеңістікте қайталанатын үлгіні құрайтынын және олардың әдемі және қалыпты пішіндерін беретінін білдік. Массачусетс технологиялық институтындағы (MIT) сабақ кезінде физика бойынша Нобель сыйлығының иегері, профессор Франк Вильчек мынадай ойға келді: құрылымы кеңістікте қайталанудың орнына уақыт бойынша қайталанатын кейбір «уақыт кристалдары» болса ше?
2012 жылы қойылған бұл «экзотикалық» гипотеза жылдар бойы ғылыми қоғамдастықта қатты пікірталас тудырды. Мүмкін болса, кристалдың бұл түрі өзінің тұрақтылығын сақтай білуі керек, бірақ сонымен бірге оның кристалдық құрылымын мерзімді түрде өзгертеді; Егер біз оларды әртүрлі уақытта бақылайтын болсақ, олардың құрылымы (кеңістікте) мәңгілік қозғалыс жағдайында, тіпті минималды энергия күйінде немесе негізгі күйде бола отырып, әрқашан бірдей емес екенін қабылдау керек деп шешілді.
Мұның бәрі термодинамика заңдарын тікелей бұзады. Және бұл кристалдар қатты да, сұйық та, газ да болмас еді. Тіпті плазма емес -ионданған газ-. Бұл материяның басқа күйі болар еді.
Вильчек ақылсыз деп танылған қызу пікірталастардан кейін, 2016 жылы команда уақыт кристалдарын жасаудың теориялық тұрғыдан мүмкін екенін көрсете алды, бұл ерлікке бір жылдан кейін қол жеткізілді. Содан бері физиканың бұл саласы кванттық технологиядан телекоммуникацияға дейін, тау-кен өнеркәсібі немесе ғаламды түсіну арқылы бәрін өзгерте алатын өте перспективалы салаға айналды.
Дегенмен, мәселе бар: бұл кристалдар өте ерекше жағдайларда ғана пайда болады. Нақты сөзбен айтқанда, ғалымдар Боз-Эйнштейн магнон квазибөлшек конденсаттарын, бозондар деп аталатын бөлшектер абсолютті нөлге (-273,15 градус Цельсий немесе -460 градус Фаренгейт) дейін салқындаған кезде пайда болатын зат күйін пайдаланды. Бұл өте күрделі жабдықты қажет етеді және, әрине, зертханалар мен вакуумдық камералардан шыға алмайды, өйткені сыртқы ортамен әрекеттесу оны жасауды мүмкін емес етеді.
Қазірге дейін. Калифорниялық Риверсайд университетінің командасы «Nature Communications» журналындағы зерттеуде түсіндірілгендей, бөлме температурасында жасалуы мүмкін оптикалық уақыт кристалдарын жасай алды. Ол үшін кішкентай микро-резонатор алынды - белгілі бір жиіліктегі толқындарды қабылдау кезінде резонансқа енетін диаметрі бір миллиметрлік магний фторидті шыныдан жасалған диск. Содан кейін олар осы оптикалық микро-резонаторды екі лазердің сәулелерімен бомбалады.
Субгармоникалық шыңдар
Уақыт симметриясының бұзылғанын және осылайша уақыт кристалдарын жасайтын екі лазер сәулелерінің арасындағы субгармоникалық сілкіністер (солитондар) немесе жиілік тондары. Жүйе оптикалық солитондар үшін айналмалы тор тұзағын жасайды, онда олардың мерзімділігі немесе уақыт бойынша құрылымы көрсетіледі.
Бөлме температурасында жүйенің тұтастығын сақтау үшін команда тұзды лазердің белгілі бір оптикалық жиілікті сақтайтынына кепілдік беретін әдісті автоинжектор блогын пайдаланады. Бұл жүйені зертханадан шығарып, далалық қолданбалар үшін, әсіресе уақытты өлшеу, кванттық компьютерлерге біріктіру немесе күйдің өзін зерттеу үшін пайдалануға болатынын білдіреді.
«Тәжірибелік жүйеңіздің қоршаған ортамен энергия алмасуы болған кезде, диссипация мен шу уақытша тәртіпті бұзу үшін бірге жұмыс істейді», - Хоссейн Тахери, Марлан және Розмари Борнс UC Riverside университетінің электр және компьютерлік инженерия профессоры және зерттеудің жетекші авторы. «Біздің фотоника платформасында жүйе уақыт кристалдарын жасау және сақтау үшін пайда мен жоғалту арасындағы тепе-теңдікті сақтайды».
