Der har vi i myntverket hva en krystall er. På skolen lærte vi at, fra sukkerkorn til diamanter, deler disse materialene et homogent og ryddig arrangement av atomene sine, og danner et mønster som gjentar seg gjennom hele rommet, og gir opphav til deres vakre og regelmessige former. Under en klasse ved Massachusetts Institute of Technology (MIT) der professor Frank Wilczek, Nobelprisen i fysikk, hadde en idé: hva om det var noen 'tidskrystaller' hvis struktur, i stedet for å gjenta seg selv i rommet, gjentok seg i tid?
Denne "eksotiske" hypotesen plantet i 2012 genererte en sterk debatt i det vitenskapelige miljøet i årevis. Om mulig må denne typen krystaller kunne opprettholde sin stabilitet, men samtidig også endre krystallstrukturen med jevne mellomrom; Det er bestemt at hvis vi observerer dem til forskjellige tider, skal vi oppfatte at strukturen deres (i rommet) ikke alltid er den samme, og er i en tilstand av evig bevegelse, selv i en tilstand med minimum energi eller grunntilstand.
Alt dette undergraver direkte termodynamikkens lover. Og disse krystallene ville verken være faste eller flytende eller gass. Ikke engang plasma-ionisert gass-. Det ville vært en annen tilstand.
Etter heftige debatter der Wilczek ble stemplet som nesten gal, klarte et team i 2016 endelig å vise at det var teoretisk mulig å lage tidskrystaller, en bragd som ble oppnådd bare et år senere. Siden den gang har dette feltet av fysikk blitt et svært lovende felt som kan revolusjonere alt fra kvanteteknologi til telekommunikasjon, gjennom gruvedrift eller selve forståelsen av universet.
Det er imidlertid et problem: disse krystallene vises bare under svært spesielle forhold. Konkret brukte forskerne Bose-Einstein magnon kvasipartikkelkondensater, en materietilstand som skapes når partikler, kalt bosoner, avkjøles til nær absolutt null (-273,15 grader Celsius eller -460 grader Fahrenheit). Dette krever svært sofistikert utstyr og kan selvfølgelig ikke forlate laboratoriene og vakuumkamrene, siden samspillet med det ytre miljøet gjør det umulig.
Inntil nå. Et team fra University of California Riverside har klart å lage optiske tidskrystaller som kan genereres ved romtemperatur, som forklart i en studie i tidsskriftet 'Nature Communications'. For å gjøre dette ble det tatt en liten mikroresonator - en plate laget av magnesiumfluoridglass på bare én millimeter i diameter som gikk inn i resonans når den mottok bølger med visse frekvenser. De bombarderte deretter denne optiske mikroresonatoren med stråler fra to lasere.
De subharmoniske toppene
De subharmoniske toppene (solitonene), eller frekvenstonene mellom de to laserstrålene, som indikerer brudd på tidssymmetri og dermed skapte tidskrystaller. Systemet lager en roterende gitterfelle for optiske solitoner der deres periodisitet eller struktur i tid vises.
For å opprettholde integriteten til systemet ved romtemperatur, vil teamet bruke autoinjektorblokken, en teknikk som garanterer at saltvannslaseren opprettholder en viss optisk frekvens. Dette betyr at systemet kan tas ut av laboratoriet og brukes til feltapplikasjoner, spesielt for å måle tid, integrere i kvantedatamaskiner eller studere selve tilstanden.
"Når ditt eksperimentelle system har en energiutveksling med omgivelsene, jobber spredning og støy hånd i hånd for å ødelegge tidsmessig orden," Hossein Taheri, Marlan og Rosemary Bourns professor i elektro- og datateknikk ved UC Riverside og hovedforfatter av studien. "På vår fotonikkplattform finner systemet en balanse mellom gevinst og tap for å skape og bevare tidskrystaller."
