Изследователите са успели да удължат живота на времевите кристали, потвърждавайки теоретичната концепция, предложена от Франк Вилчек. Това представлява важна стъпка напред в квантовата физика.
Екип от TU Dortmund University наскоро успя да произведе изключително издръжлив времеви кристал, който живее милиони пъти по-дълго, отколкото можеше да бъде показано в предишни експерименти. По този начин те потвърдиха един много интересен феномен, който беше постулиран от нобеловия лауреат Франк Вилчек преди около десет години и който вече намери своето място в научнофантастичните филми. Резултатите вече са публикувани в Природна физика.
Пионерско постижение в изследването на времевите кристали
Кристалите, или по-точно, кристалите в пространството, са периодични подредби на атоми в големи мащаби на дължина. Тази подредба придава на кристалите изящния им вид, с гладки фасети като при скъпоценните камъни.
Тъй като физиката често третира пространството и времето на едно и също ниво, например в специалната теория на относителността, Франк Вилчек, физик от Масачузетския технологичен институт (MIT) и Нобелов лауреат по физика, предположи през 2012 г., че в допълнение, за кристалите в космоса , трябва да има и кристали във времето. За да е така, каза той, едно от неговите физически свойства трябва да започне да се променя спонтанно периодично с течение на времето, въпреки че системата не изпитва подобни периодични смущения.
Разбиране на времевите кристали
Възможността за съществуването на такива времеви кристали е предмет на спорен научен дебат от няколко години – но бързо достигна до кината: например, времевият кристал изигра централна роля във филма на Marvel Studios Avengers: Endgame (2019). От 2017 г. нататък учените вече са успели на няколко пъти да демонстрират възможен времеви кристал.
Въпреки това, тези системи – противно на първоначалната идея на Wilczek – бяха подложени на временно възбуждане със специфична периодичност, но след това реагираха с друг два пъти по-дълъг период. Кристал, който се държи периодично с времето, въпреки че възбуждането е независимо от времето, т.е. постоянно, беше демонстриран едва през 2022 г. в кондензатор на Бозе-Айнщайн. Кристалът обаче е живял само няколко милисекунди.
Скок във времето кристално дълголетие
Физиците от Дортмунд, ръководени от д-р Алекс Грелих, са проектирали специален кристал, направен от индиево-галиев арсенид, в който ядрените завъртания действат като резервоар за времевия кристал. Кристалът е непрекъснато осветен, така че поляризацията на ядрения спин се формира чрез взаимодействие с електронния спин. Точно тази ядрена спинова поляризация спонтанно генерира трептения, еквивалент на времеви кристал.
Състоянието на експериментите в момента е, че кристалът има живот от най-малко 40 минути, което е 10 милиона пъти по-дълго, отколкото е доказано досега, и вероятно ще живее много по-дълго.
Възможно е да се променя периодът на кристализация в големи мащаби чрез систематична промяна на експерименталните условия. Но също така е възможно да се преместите в области, където кристалът се „разтапя“, т.е. губи своята периодичност. Тези региони също са интересни, тъй като тогава възниква хаотично поведение, което може да се поддържа за дълги периоди от време. Това е първият път, когато учените са успели да използват теоретични инструменти, за да анализират хаотичното поведение на такива системи.
Справка: „Силен непрекъснат времеви кристал в ядрената електронна спинова система“ от А. Грейлих, Н. Е. Коптева, А. Н. Каменски, П. С. Соколов, В. Л. Коренев и М. Байер, 24 януари 2024 г., Природна физика.
doi: 10.1038/s41567-023-02351-6
„Тотален фен на Twitter. Нежно очарователен почитател на бекона. Сертифициран специалист по интернет.“
More Stories
Ново изследване разкрива, че динозаврите не са били толкова интелигентни, колкото си мислехме
Обяснение на първите шест седмици от бременността
Учените измерват за първи път рентгенови лъчи от опасна насочена нагоре мълния: ScienceAlert