Fizičari razvili izuzetno otporan vremenski kristal

Tim sa Sveučilišta u Dortmundu nedavno je postigao značajan uspjeh proizvedavši izuzetno trajan vremenski kristal čiji je vijek trajanja bio milijunima puta duži od onoga što je prethodno demonstrirano u eksperimentima. Na taj su način potvrdili iznimno zanimljiv fenomen koji je dobitnik Nobelove nagrade, Frank Wilczek, postulirao otprilike prije deset godina, a koji je već našao svoj put u znanstveno-fantastične filmove.

Kristali, ili preciznije, kristali u prostoru, predstavljaju periodične rasporede atoma na velikim skalama duljine. Ovaj raspored kristalima daje njihov fascinantan izgled, s glatkim fasetama poput onih na draguljima. S obzirom na to da fizika često jednako tretira prostor i vrijeme, primjerice u teoriji posebne relativnosti, Frank Wilczek, fizičar sa Tehnološkog instituta Massachusetts (MIT) i laureat Nobelove nagrade za fiziku, sugerirao je 2012. godine da, osim kristala u prostoru, moraju postojati i kristali u vremenu.

Znanstvena fantastika

Da bi to bilo moguće, istaknuo je, jedno od njihovih fizičkih svojstava moralo bi spontano početi periodično se mijenjati u vremenu, unatoč tome što sustav ne podliježe odgovarajućim periodičnim smetnjama. Mogućnost postojanja takvih vremenskih kristala bila je predmet žustrih znanstvenih debata nekoliko godina, no ubrzo su pronašli put do filmskog platna: na primjer, vremenski kristal odigrao je ključnu ulogu u filmu Marvel Studios’ “Avengers: Endgame” (2019). Od 2017. godine, znanstvenici su nekoliko puta uspjeli demonstrirati potencijalni vremenski kristal. Međutim, radilo se o sustavima koji – za razliku od Wilczekove prvotne ideje – bili su izloženi vremenskom poticaju s određenom periodičnošću, ali su zatim reagirali s drugim, dvostruko duljim periodom.

Bose-Einstein

Kristal koji se periodično ponaša u vremenu, iako bez vremenski ovisnog poticaja, odnosno konstantan, prvi je put demonstriran 2022. godine u Bose-Einsteinovom kondenzatu. No, taj je kristal trajao samo nekoliko milisekundi. Fizičari iz Dortmunda, pod vodstvom dr. Alexa Greilicha, sada su razvili poseban kristal od indij-galij-arsenida, gdje nuklearni spinovi služe kao rezervoar za vremenski kristal. Kristal je kontinuirano osvijetljen, čime se kroz interakciju s elektronskim spinovima stvara polarizacija nuklearnih spinova. Upravo ta polarizacija nuklearnih spinova zatim spontano generira oscilacije, što je ekvivalentno vremenskom kristalu.

Trenutno stanje eksperimenata pokazuje da vijek trajanja kristala iznosi najmanje 40 minuta, što je 10 milijuna puta dulje od onoga što je do sada bilo demonstrirano, i postoji potencijal da trajanje bude i znatno dulje. Moguće je varirati period kristala kroz široke raspona mijenjanjem eksperimentalnih uvjeta. Međutim, moguće je i preći u područja gdje kristal “puca”, odnosno gubi svoju periodičnost. Ova područja su također predmet interesa jer se u njima manifestira kaotično ponašanje, koje se može održavati na duge staze. Ovo je prvi put da su znanstvenici mogli teorijski analizirati kaotično ponašanje takvih sustava. Rezultati su objavljeni u prestižnom časopisu Nature Physics.

Pridružite se raspravi u našoj Telegram grupi. KOZMOS Telegram –t.me/kozmoshr