Daar hebben we in de munt wat een kristal is. Op school leerden we dat deze materialen, van suikerkorrels tot diamanten, een homogene en ordelijke rangschikking van hun atomen delen, een patroon vormen dat zich door de ruimte herhaalt, waardoor hun mooie en regelmatige vormen ontstaan. Tijdens een les aan het Massachusetts Institute of Technology (MIT) waar professor Frank Wilczek, Nobelprijs voor de natuurkunde, een idee kreeg: wat als er enkele 'tijdkristallen' zouden zijn waarvan de structuur, in plaats van zich in de ruimte te herhalen, zichzelf in de tijd herhaalt?
Deze 'exotische' hypothese die in 2012 werd geplant, zorgde jarenlang voor een hevig debat in de wetenschappelijke gemeenschap. Zo mogelijk moet dit type kristal zijn stabiliteit kunnen behouden, maar tegelijkertijd ook periodiek van kristalstructuur veranderen; Er wordt besloten dat als we ze op verschillende tijdstippen observeren, we zouden moeten waarnemen dat hun structuur (in de ruimte) niet altijd hetzelfde is, in een staat van eeuwigdurende beweging, zelfs in een staat van minimale energie of fundamentele staat.
Dit alles ondermijnt direct de wetten van de thermodynamica. En deze kristallen zouden noch vast, noch vloeibaar, noch gasvormig zijn. Zelfs geen plasma -geïoniseerd gas-. Het zou een andere stand van zaken zijn.
Na felle debatten waarin Wilczek bijna gek werd uitgemaakt, slaagde een team er in 2016 eindelijk in om aan te tonen dat het theoretisch mogelijk was om tijdkristallen te creëren, een prestatie die slechts een jaar later werd bereikt. Sindsdien is dit veld van de natuurkunde een veelbelovend veld geworden dat een revolutie teweeg kan brengen in alles, van kwantumtechnologie tot telecommunicatie, via mijnbouw of het begrip van het universum.
Er is echter een probleem: deze kristallen verschijnen alleen in zeer bijzondere omstandigheden. Concreet gebruikten de wetenschappers Bose-Einstein magnon quasideeltjescondensaten, een toestand van materie die ontstaat wanneer deeltjes, bosonen genaamd, worden afgekoeld tot bijna het absolute nulpunt (-273,15 graden Celsius of -460 graden Fahrenheit). Dit vereist zeer geavanceerde apparatuur en kan natuurlijk de laboratoria en vacuümkamers niet verlaten, omdat de interactie met de externe omgeving het creëren ervan onmogelijk maakt.
Tot nu. Een team van de University of California Riverside is erin geslaagd optische tijdkristallen te maken die bij kamertemperatuur kunnen worden gegenereerd, zoals uitgelegd in een studie in het tijdschrift 'Nature Communications'. Om dit te doen, werd een kleine microresonator genomen - een schijf gemaakt van magnesiumfluorideglas met een diameter van slechts één millimeter die in resonantie kwam bij het ontvangen van golven van bepaalde frequenties. Vervolgens bombardeerden ze deze optische microresonator met stralen van twee lasers.
De subharmonische pieken
De subharmonische pieken (solitonen), of frequentietonen tussen de twee laserstralen, die het doorbreken van de tijdsymmetrie aangeven en zo tijdkristallen creëerden. Het systeem creëert een roterende tralieval voor optische solitonen waarin hun periodiciteit of structuur in de tijd wordt weergegeven.
Om de integriteit van het systeem bij kamertemperatuur te behouden, zal het team het auto-injectorblok gebruiken, een techniek die garandeert dat de zoutlaser een bepaalde optische frequentie behoudt. Dit betekent dat het systeem uit het laboratorium kan worden gehaald en voor veldtoepassingen kan worden gebruikt, met name voor het meten van tijd, integratie in kwantumcomputers of het bestuderen van de toestand zelf.
"Als je experimentele systeem een energie-uitwisseling heeft met zijn omgeving, werken dissipatie en ruis hand in hand om de tijdelijke orde te vernietigen," Hossein Taheri, Marlan en Rosemary Bourns, hoogleraar elektrische en computertechniek aan de UC Riverside en hoofdauteur van de studie. "Op ons fotonicaplatform vindt het systeem een balans tussen winst en verlies om tijdkristallen te creëren en te behouden."
