Οι επιστήμονες έχουν κάνει μια σημαντική ανακάλυψη στον τομέα της κβαντικής φυσικής με την παραγωγή ενός κρυστάλλου χρόνου με διάρκεια ζωής εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από ό,τι είχε επιτευχθεί στο παρελθόν. Αυτή η ανακάλυψη επιβεβαιώνει τη θεωρητική πρόβλεψη των κρυστάλλων χρόνου που έκανε ο νομπελίστας Frank Wilczek το 2012, επιδεικνύοντας περιοδική συμπεριφορά σε ένα σύστημα χωρίς περιοδική εξωτερική επιρροή.
Οι ερευνητές κατάφεραν να παρατείνουν τη ζωή των κρυστάλλων του χρόνου, επιβεβαιώνοντας τη θεωρητική ιδέα που πρότεινε ο Frank Wilczek. Αυτό αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό βήμα προς τα εμπρός στην κβαντική φυσική.
Μια ομάδα από το Πανεπιστήμιο TU Dortmund κατάφερε πρόσφατα να παράγει έναν εξαιρετικά ανθεκτικό κρύσταλλο χρόνου που ζει εκατομμύρια φορές περισσότερο από ό,τι θα μπορούσε να αποδειχθεί σε προηγούμενα πειράματα. Με αυτόν τον τρόπο, επιβεβαίωσαν ένα πολύ ενδιαφέρον φαινόμενο, το οποίο υποστήριξε ο νομπελίστας Frank Wilczek πριν από περίπου δέκα χρόνια και το οποίο έχει ήδη βρει τον δρόμο του στις ταινίες επιστημονικής φαντασίας. Τα αποτελέσματα έχουν πλέον δημοσιευτεί στο Φυσική της φύσης.
Ένα πρωτοποριακό επίτευγμα στην έρευνα κρυστάλλων χρόνου
Οι κρύσταλλοι, ή ακριβέστερα, οι κρύσταλλοι στο διάστημα, είναι περιοδικές διατάξεις ατόμων σε μεγάλες κλίμακες μήκους. Αυτή η διάταξη δίνει στους κρυστάλλους την εξαιρετική τους εμφάνιση, με λείες όψεις όπως στους πολύτιμους λίθους.
Δεδομένου ότι η φυσική αντιμετωπίζει συχνά τον χώρο και τον χρόνο στο ίδιο επίπεδο, για παράδειγμα στην ειδική σχετικότητα, ο Frank Wilczek, φυσικός στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης (MIT) και βραβευμένος με Νόμπελ φυσικής, υπέθεσε το 2012 ότι επιπλέον, για τους κρυστάλλους στο διάστημα , πρέπει να υπάρχουν και κρύσταλλοι στο χρόνο. Για να συμβεί αυτό, είπε, μια από τις φυσικές του ιδιότητες πρέπει να αρχίσει να αλλάζει αυθόρμητα περιοδικά με την πάροδο του χρόνου, παρόλο που το σύστημα δεν αντιμετωπίζει παρόμοιες περιοδικές παρεμβολές.
Αυτό που μοιάζει με φλόγα είναι η μέτρηση του νέου κρυστάλλου χρόνου: κάθε σημείο αντιστοιχεί σε μια πειραματική τιμή, που οδηγεί σε διαφορετικές απόψεις της περιοδικής δυναμικής της πόλωσης του πυρηνικού σπιν του κρυστάλλου του χρόνου. Πηγή εικόνας: Alex Grealish/TU Dortmund
Κατανόηση των κρυστάλλων του χρόνου
Η πιθανότητα ύπαρξης τέτοιων κρυστάλλων χρόνου ήταν αντικείμενο αμφιλεγόμενης επιστημονικής συζήτησης για αρκετά χρόνια – αλλά έφτασε γρήγορα στους κινηματογράφους: για παράδειγμα, ο κρύσταλλος του χρόνου έπαιξε κεντρικό ρόλο στην ταινία Avengers: Endgame (2019) της Marvel Studios. Από το 2017 και μετά, οι επιστήμονες έχουν ήδη καταφέρει σε μερικές περιπτώσεις να επιδείξουν έναν πιθανό κρύσταλλο χρόνου.
Ο Δρ Alex Grealish εργάζεται στο Κέντρο Έρευνας Συμπυκνωμένης Ύλης στο Τμήμα Φυσικής στο TU Dortmund. Πίστωση: TU Dortmund
Ωστόσο, αυτά τα συστήματα – σε αντίθεση με την αρχική ιδέα του Wilczek – υποβλήθηκαν σε χρονική διέγερση με μια συγκεκριμένη περιοδικότητα, αλλά στη συνέχεια αντέδρασαν με μια άλλη περίοδο διπλάσια. Ένας κρύσταλλος που συμπεριφέρεται περιοδικά με το χρόνο, παρόλο που η διέγερση είναι χρονικά ανεξάρτητη, δηλ. σταθερή, αποδείχθηκε μόλις το 2022 σε έναν συμπυκνωτή Bose-Einstein. Ωστόσο, ο κρύσταλλος έζησε μόνο για λίγα χιλιοστά του δευτερολέπτου.
Άλμα στο χρόνο κρυστάλλινη μακροζωία
Οι φυσικοί του Ντόρτμουντ με επικεφαλής τον Δρ Alex Grelich έχουν τώρα σχεδιάσει έναν ειδικό κρύσταλλο από αρσενίδιο του γαλλίου ινδίου, στον οποίο οι πυρηνικές περιστροφές λειτουργούν ως δεξαμενή για τον κρύσταλλο του χρόνου. Ο κρύσταλλος φωτίζεται συνεχώς έτσι ώστε η πόλωση του πυρηνικού σπιν να σχηματίζεται από την αλληλεπίδραση με το σπιν του ηλεκτρονίου. Είναι ακριβώς αυτή η πόλωση πυρηνικού σπιν που δημιουργεί αυθόρμητα ταλαντώσεις, ισοδύναμες ενός κρυστάλλου χρόνου.
Η κατάσταση των πειραμάτων αυτή τη στιγμή είναι ότι ο κρύσταλλος έχει διάρκεια ζωής τουλάχιστον 40 λεπτών, που είναι 10 εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από ό,τι έχει αποδειχθεί μέχρι τώρα, και πιθανότατα θα ζήσει πολύ περισσότερο.
Είναι δυνατό να μεταβάλλεται η περίοδος κρυστάλλωσης σε μεγάλες κλίμακες αλλάζοντας συστηματικά τις πειραματικές συνθήκες. Ωστόσο, είναι επίσης δυνατό να μετακινηθείτε σε περιοχές όπου ο κρύσταλλος «λιώνει», δηλαδή χάνει την περιοδικότητά του. Αυτές οι περιοχές είναι επίσης ενδιαφέρουσες, καθώς στη συνέχεια εμφανίζεται χαοτική συμπεριφορά, η οποία μπορεί να διατηρηθεί για μεγάλα χρονικά διαστήματα. Αυτή είναι η πρώτη φορά που οι επιστήμονες μπόρεσαν να χρησιμοποιήσουν θεωρητικά εργαλεία για να αναλύσουν τη χαοτική συμπεριφορά τέτοιων συστημάτων.
Παραπομπή: «Ισχυρός συνεχής κρύσταλλος χρόνου στο σύστημα σπιν πυρηνικών ηλεκτρονίων» από τους A. Greilich, NE Kopteva, AN Kamenskii, PS Sokolov, VL Korenev και M. Bayer, 24 Ιανουαρίου 2024, Φυσική της φύσης.
doi: 10.1038/s41567-023-02351-6
“Ερασιτέχνης διοργανωτής. Εξαιρετικά ταπεινός web maven. Ειδικός κοινωνικών μέσων Wannabe. Δημιουργός. Thinker.”