Tur mums piparmētrā ir tas, kas ir kristāls. Skolā mēs uzzinājām, ka šiem materiāliem, sākot no cukura graudiem līdz dimantiem, ir viendabīgs un sakārtots atomu izvietojums, veidojot modeli, kas atkārtojas visā telpā, radot to skaistās un regulārās formas. Nodarbības laikā Masačūsetsas Tehnoloģiju institūtā (MIT), kurā profesoram Frenkam Vilčekam, Nobela prēmijas laureātam fizikā, radās ideja: kā būtu, ja būtu daži “laika kristāli”, kuru struktūra tā vietā, lai atkārtotos telpā, atkārtojas laikā?
Šī “eksotiskā” hipotēze, kas tika izvirzīta 2012. gadā, gadiem ilgi izraisīja spēcīgas debates zinātnieku aprindās. Ja iespējams, šāda veida kristāliem ir jāspēj saglabāt sava stabilitāte, bet tajā pašā laikā arī periodiski jāmaina kristāla struktūra; Ir nolemts, ka, novērojot tos dažādos laikos, mums vajadzētu uztvert, ka to struktūra (telpā) ne vienmēr ir vienāda, atrodoties mūžīgās kustības stāvoklī, pat minimālas enerģijas vai fundamentālā stāvoklī.
Tas viss tieši grauj termodinamikas likumus. Un šie kristāli nebūtu ne cieti, ne šķidri, ne gāzveida. Pat ne plazma -jonizēta gāze-. Tas būtu cits lietas stāvoklis.
Pēc sīvām debatēm, kurās Vilčeks tika nodēvēts par gandrīz traku, 2016. gadā kādai komandai beidzot izdevās parādīt, ka teorētiski ir iespējams izveidot laika kristālus, kas tika sasniegts tikai gadu vēlāk. Kopš tā laika šī fizikas joma ir kļuvusi par ļoti daudzsološu jomu, kas var mainīt visu, sākot no kvantu tehnoloģijām līdz telekomunikācijām, izmantojot ieguvi vai visuma izpratni.
Tomēr pastāv problēma: šie kristāli parādās tikai ļoti īpašos apstākļos. Konkrēti, zinātnieki izmantoja Bozes-Einšteina magnona kvazidaļiņu kondensātus, vielas stāvokli, kas rodas, kad daļiņas, ko sauc par bozoniem, tiek atdzesētas līdz gandrīz absolūtai nullei (-273,15 grādi pēc Celsija vai -460 grādi pēc Fārenheita). Tas prasa ļoti sarežģītu aprīkojumu un, protams, nevar atstāt laboratorijas un vakuuma kameras, jo mijiedarbība ar ārējo vidi padara to neiespējamu.
Līdz šim brīdim. Kalifornijas Riversaidas universitātes komandai ir izdevies izveidot optiskos laika kristālus, kurus var ģenerēt istabas temperatūrā, kā paskaidrots žurnālā "Nature Communications" publicētajā pētījumā. Lai to izdarītu, tika paņemts niecīgs mikrorezonators - disks, kas izgatavots no magnija fluorīda stikla tikai viena milimetra diametrā, kas, saņemot noteiktu frekvenču viļņus, iekļuva rezonansē. Pēc tam viņi bombardēja šo optisko mikrorezonatoru ar divu lāzeru stariem.
Subharmoniskās virsotnes
Subharmoniskie tapas (solitoni) jeb frekvenču toņi starp diviem lāzera stariem, kas norāda uz laika simetrijas pārrāvumu un tādējādi radot laika kristālus. Sistēma optiskajiem solitoniem izveido rotējošu režģa slazdu, kurā pēc tam tiek parādīta to periodiskums vai struktūra laikā.
Lai uzturētu sistēmas integritāti istabas temperatūrā, komanda izmantos autoinžektora bloku, paņēmienu, kas garantē, ka fizioloģiskais lāzers uztur noteiktu optisko frekvenci. Tas nozīmē, ka sistēmu var izņemt no laboratorijas un izmantot lauka lietojumiem, īpaši laika mērīšanai, integrācijai kvantu datoros vai paša stāvokļa pētīšanai.
"Kad jūsu eksperimentālajā sistēmā notiek enerģijas apmaiņa ar apkārtējo vidi, izkliede un troksnis strādā roku rokā, lai iznīcinātu laika kārtību," Hoseins Taheri, Marlans un Rozmarija Borni elektrotehnikas un datortehnikas profesors UC Riverside un pētījuma vadošais autors. "Mūsu fotonikas platformā sistēma panāk līdzsvaru starp ieguvumiem un zaudējumiem, lai izveidotu un saglabātu laika kristālus."
