Fyzici zväčšili atómy na stonásobok ich normálnej veľkosti, čím vytvorili úžasnú verziu látky, ktorá sa kedysi považovala za nemožnú.
Táto zvláštna látka, známa ako časový kryštál, bola vytvorená vypálením laserov na atómy rubídia vo fáze, kým neprešli do excitovaného stavu.
Vedci tým tvrdia, že otvorili novú cestu k skúmaniu vlastností záhadných kryštálov, ktoré sa periodicky cyklia medzi dvoma stavmi, zdanlivo nekonečne, vždy sa pohybujú a nikdy nestrácajú energiu.
Nová technika, opísaná 2. júla v časopise Nature Physics, by tiež mohla pomôcť vedcom vybudovať lepšie kvantové počítače.
Spoluautori povedali: „Vytvorili sme tu nový systém, ktorý poskytuje silnú platformu na prehĺbenie nášho chápania javov časových kryštálov, veľmi blízko pôvodnej myšlienke Franka Wilczeka.“ Tomáš Pohlfyzik na Viedenskej univerzite, uviedol vo vyhlásení,
Časové kryštály, ktoré prvýkrát navrhol v roku 2012 nositeľ Nobelovej ceny za fyziku Wilczek, sú zhluky častíc, ktoré sa opakujú v čase, rovnako ako sa opakujú iné kryštály (napríklad kuchynská soľ alebo diamanty) vo vesmíre.
Pripojené: Fyzici spájajú dva časové kryštály v zdanlivo nemožnom experimente
To je pre fyzikov vzrušujúce. Vo všeobecnosti platia fyzikálne zákony, ktoré sú symetrické v priestore a (vo väčšine prípadov) čas, výsledkom čoho sú výsledky, ktoré sú rovnaké bez ohľadu na ich smer v priestore a čase.
Ale kryštály porušujú túto symetriu a usporiadajú sa v preferovanom priestorovom smere. To znamená, že aj keď sú fyzikálne zákony stále symetrické, vytvárajú rôzne výsledky v závislosti od smeru, v ktorom pôsobia na kryštál.
Tak ako kryštály porušujú symetriu v priestore, tak aj časové kryštály porušujú symetriu v čase. Existujú pri najnižšej možnej energii, ktorú umožňuje kvantová mechanika, a oscilujú medzi dvoma stavmi bez spomalenia.
Tieto pozoruhodné vlastnosti viedli mnohých k tvrdeniu, že časové kryštály sú stroje večného pohybu, ktoré porušujú druhý zákon termodynamiky, ale toto nie je ten prípadKryštály, ktoré sú poháňané laserom, nemôžu stratiť ani získať energiu – všetko laserové svetlo, ktoré na ne dopadá, ich núti opakovať dvojkrokové premiešanie. To znamená, že podobne ako mnohé systémy s iba hŕstkou atómov sa na ne nevzťahuje druhý zákon.
Od Wilczekovho návrhu bolo vytvorených veľa kryštálov, z ktorých každý ponúka svoje vlastné jedinečné okná do tejto podivnej fázy hmoty. Aby vytvorili svoje časové kryštály, výskumníci za novou štúdiou excitovali atómy rubídia do stavu známeho ako Rydberg.
Vypálením laserového svetla na sklenenú nádobu naplnenú atómami rubídia napumpovali fyzici do plynu tony energie navyše. Laserové svetlo excitovalo elektróny nachádzajúce sa v atómoch, čo spôsobilo, že priestory medzi ich atómovými jadrami a vonkajšími obalmi elektrónov sa stali stokrát väčšími, než je ich normálna veľkosť. Z toho sa stalo niečo veľmi zaujímavé.
„Ak sú atómy v našej sklenenej nádobe pripravené v takých Rydbergových stavoch a ich priemer sa veľmi zväčší, sily medzi týmito atómami budú tiež veľmi veľké,“ povedal Pohl. „A to zase mení spôsob, akým interagujú s laserom. Ak zvolíte laserové svetlo takým spôsobom, že dokáže vybudiť dva rôzne Rydbergove stavy v každom atóme súčasne, vytvorí sa spätnoväzbová slučka A, ktorá spôsobí spontánnu osciláciu.“ medzi dvoma atómovými stavmi to zase vedie k oscilačnej absorpcii svetla.
Inými slovami, v sklenenej krabici sa objavil časový kryštál.
„Toto je skutočne statický experiment bez špecifických rytmov uložených systému,“ povedal Pohl. „Interakcie medzi svetlom a atómami sú vždy rovnaké, intenzita laserového lúča je konštantná. Prekvapivo sa však ukázalo, že intenzita dosahujúca druhý koniec sklenenej bunky začína oscilovať vo vysoko pravidelných vzoroch Is.“
Teraz, keď vytvorili svoj nový typ časového kryštálu, budú s ním výskumníci naďalej experimentovať a testovať ho pre ďalšie aplikácie. Navrhujú, aby sa dal použiť na vytvorenie nových, vysoko citlivých senzorov, ako aj na pomoc vedcom lepšie porozumieť kvantovej synchronizácii – javu, pri ktorom je možné vytvoriť viacero kvantových systémov, aby fungovali vo fáze, čo pomôže pri vývoji lepšieho kvantové počítače.
Web nerd. Extreme organizer. Writer. Whole foods evangelist. Certified introvert.