Kryształy czasu są „niemożliwe”, ale podlegają fizyce kwantowej

Od dawna uważano, że kryształy czasu są niemożliwe, ponieważ ich ciągły ruch wydaje się przeczyć prawom fizyki. Jednak korzystając z fizyki kwantowej Naukowcy nie tylko stworzyli kryształy czasu, ale teraz pokazują również, że mają potencjał do zasilania przydatnych urządzeń w przyszłości.

Naukowcy stworzyli pierwszy dwuciałowy system „kryształów czasu” w eksperymencie, który wydaje się przekręcać prawa fizyki.

Dzieje się tak po tym, jak ten sam zespół niedawno był świadkiem pierwszej interakcji nowej fazy sprawy.

Od dawna uważano, że kryształy czasu są niemożliwe, ponieważ składają się z atomów w nieskończonym ruchu. Odkrycie opublikowane dzisiaj (2 czerwca 2022 r.) w czasopiśmie Komunikacja przyrodniczapokazuje, że nie tylko można tworzyć kryształy czasu, ale także przekształcać je w użyteczne urządzenia.

Kryształy czasu różnią się od standardowych kryształów – takich jak minerały czy skały – które składają się z atomów ułożonych w regularnie powtarzający się wzór w przestrzeni.

Po raz pierwszy opracowane w 2012 roku przez laureata Nagrody Nobla Franka Wilczka i zdefiniowane w 2016 roku, kryształy czasu wykazują szczególną właściwość bycia nieruchomym, powtarzającym ruch w czasie pomimo braku zewnętrznego sygnału wejściowego. Jego atomy nieustannie oscylują, wirują lub poruszają się najpierw w jednym kierunku, a potem w drugim.

Naukowcy schłodzili płynny nadciekły hel-3 do prawie zera absolutnego (minus 273,15 stopni Celsjusza) w tej obrotowej lodówce, dwukrotnie tworząc kryształy i utrzymując je w zasięgu ręki. Źródło zdjęcia: © Uniwersytet Aalto / Mikko Raskinen

Stypendysta EPSRC, dr Samoli Ooty, główny autor z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Lancaster, wyjaśnił: „Wszyscy wiedzą, że maszyny perpetuum mobile są niemożliwe. Jednak w fizyce kwantowej perpetum mobile jest w porządku, o ile zamykamy oczy. Przemykając się z tej szczeliny możemy zrobić kryształy czasu.

„Okazuje się, że połączenie ich razem działa pięknie, nawet jeśli kryształy czasu w ogóle nie były obecne. A wiemy już, że są one również obecne w temperaturze pokojowej”.

„System dwupoziomowy” jest podstawowym elementem składowym komputera kwantowego. Kryształy czasu można wykorzystać do budowy urządzeń kwantowych działających w temperaturze pokojowej.

Międzynarodowy zespół naukowców z Lancaster University, Royal Holloway London, Landau Institute i Uniwersytet Aalto W Helsinkach kryształy czasu zaobserwowano przy użyciu helu-3, rzadkiego izotopu helu, w którym brakowało jednego neutronu. Eksperyment przeprowadzono na Uniwersytecie Aalto.

Schładzali nadciekły hel-3 do około jednej dziesiątej tysiąca stopni zero absolutne (0,001 K lub -273,15 °C). Naukowcy stworzyli w supercieczy dwa kryształy czasowe i zetknęli się z nimi. Naukowcy obserwowali następnie interakcje kryształów czasu, jak opisano w fizyce kwantowej.

Odniesienie: „Two-level Nonlinear Dynamics of Quantum Time Crystals” 2 czerwca 2022 r., Dostępne tutaj. Komunikacja przyrodnicza.
DOI: 10.1038 / s41467-022-30783-w