Tam mamy w mennicy, czym jest kryształ. W szkole dowiedzieliśmy się, że od ziarenek cukru po diamenty te materiały mają jednorodny i uporządkowany układ atomów, tworząc wzór, który powtarza się w przestrzeni, dając początek ich pięknym i regularnym kształtom. Podczas zajęć w Massachusetts Institute of Technology (MIT), gdzie profesor Frank Wilczek, laureat Nagrody Nobla z fizyki, wpadł na pomysł: co by było, gdyby istniały jakieś „kryształy czasu”, których struktura zamiast powtarzać się w przestrzeni, powtarzała się w czasie?
Ta „egzotyczna” hipoteza postawiona w 2012 r. wywołała od lat ostrą debatę w środowisku naukowym. Jeśli to możliwe, ten rodzaj kryształu musi być w stanie utrzymać swoją stabilność, ale jednocześnie również okresowo zmieniać swoją strukturę krystaliczną; Zdecydowano, że jeśli obserwujemy je w różnym czasie, to powinniśmy dostrzec, że ich struktura (w przestrzeni) nie zawsze jest taka sama, będąc w stanie ciągłego ruchu, nawet w stanie minimalnej energii czy stanie podstawowym.
Wszystko to bezpośrednio podważa prawa termodynamiki. A te kryształy nie byłyby ani stałe, ani ciekłe, ani gazowe. Nawet zjonizowany gaz plazmowy. Byłby to inny stan rzeczy.
Po zaciętych debatach, w których Wilczek został okrzyknięty niemal szalonym, w 2016 roku zespołowi udało się wreszcie pokazać, że teoretycznie możliwe jest stworzenie kryształów czasu, co zostało osiągnięte zaledwie rok później. Od tego czasu ta dziedzina fizyki stała się bardzo obiecującą dziedziną, która może zrewolucjonizować wszystko, od technologii kwantowej po telekomunikację, poprzez górnictwo czy samo zrozumienie wszechświata.
Jest jednak pewien problem: kryształy te pojawiają się tylko w bardzo szczególnych warunkach. Mówiąc konkretnie, naukowcy wykorzystali kondensaty quasicząstek magnona Bosego-Einsteina, stan materii, który powstaje, gdy cząstki zwane bozonami są schładzane do temperatury bliskiej zera absolutnego (-273,15 stopni Celsjusza lub -460 stopni Fahrenheita). Wymaga to bardzo wyrafinowanego sprzętu i oczywiście nie może opuścić laboratoriów i komór próżniowych, ponieważ interakcja ze środowiskiem zewnętrznym uniemożliwia jego stworzenie.
Do teraz. Jak wyjaśniono w badaniu opublikowanym w czasopiśmie "Nature Communications", zespołowi z University of California Riverside udało się stworzyć optyczne kryształy czasu, które można generować w temperaturze pokojowej. W tym celu wykorzystano maleńki mikrorezonator - dysk wykonany ze szkła z fluorku magnezu o średnicy zaledwie jednego milimetra, który wszedł w rezonans po odebraniu fal o określonych częstotliwościach. Następnie zbombardowali ten mikrorezonator optyczny wiązkami z dwóch laserów.
Piki subharmoniczne
Wyskoki subharmoniczne (solitony) lub tony częstotliwości pomiędzy dwoma wiązkami lasera, które wskazują na złamanie symetrii czasu i tym samym powstanie kryształów czasu. System tworzy obrotową pułapkę sieciową dla solitonów optycznych, w której następnie wyświetlana jest ich okresowość lub struktura w czasie.
Aby zachować integralność systemu w temperaturze pokojowej, zespół zastosuje blok automatycznego wstrzykiwacza, technikę, która gwarantuje, że laser solankowy utrzymuje określoną częstotliwość optyczną. Oznacza to, że system można wyjąć z laboratorium i wykorzystać do zastosowań terenowych, w szczególności do pomiaru czasu, integracji z komputerami kwantowymi lub badania samego stanu.
„Kiedy twój eksperymentalny system wymienia energię z otoczeniem, rozpraszanie i hałas współpracują ze sobą, aby zniszczyć porządek doczesny” – Hossein Taheri, profesor inżynierii elektrycznej i komputerowej Marlan i Rosemary Bourns na UC Riverside i główny autor badania. „Na naszej platformie fotonicznej system zachowuje równowagę między zyskiem a stratą, aby tworzyć i chronić kryształy czasu”.
