Wszyscy widzieliśmy kryształy, czy to zwykłe ziarnko soli lub cukru, czy też wyszukany i piękny ametyst. Kryształy te składają się z atomów lub cząsteczek powtarzających się w symetryczny trójwymiarowy wzór zwany siatką, w której atomy zajmują określone punkty w przestrzeni. Na przykład atomy węgla w diamencie, tworząc sieć okresową, łamią symetrię przestrzeni, w której się znajdują. Fizycy nazywają to „łamaniem symetrii”.
Naukowcy niedawno odkryli, że podobny efekt można zaobserwować z czasem. Łamanie symetrii, jak sama nazwa wskazuje, może nastąpić tylko tam, gdzie istnieje jakiś rodzaj symetrii. W domenie czasu cyklicznie zmieniająca się siła lub źródło energii naturalnie wytwarza wzór czasowy.
Załamanie symetrii następuje, gdy układ napędzany taką siłą napotyka moment déjà vu, ale nie w tym samym okresie co siła. “Kryształy czasu” były w ostatniej dekadzie poszukiwane jako nowa faza materii, a ostatnio były obserwowane w skomplikowanych warunkach eksperymentalnych w izolowanych układach. Eksperymenty te wymagają ekstremalnie niskich temperatur lub innych rygorystycznych warunków, aby zminimalizować niepożądane wpływy zewnętrzne, zwane hałasem.
Aby naukowcy mogli dowiedzieć się więcej o kryształach czasu i wykorzystać swój potencjał w technologii, muszą znaleźć sposoby na wytwarzanie stanów czasu krystalicznego i utrzymywanie ich stabilnych poza laboratorium.
Przełomowe badania prowadzone przez UC Riverside i opublikowane w tym tygodniu w Nature Communications zaobserwowały kryształy czasu w systemie, który nie jest odizolowany od otaczającego środowiska. To ważne osiągnięcie przybliża naukowców o krok do opracowania kryształów czasu do wykorzystania w rzeczywistych zastosowaniach.
„Kiedy twój eksperymentalny system wymienia energię z otoczeniem, rozpraszanie i hałas działają ręka w rękę, aby zniszczyć porządek czasowy” – powiedział główny autor Hossein Taheri, asystent naukowy w dziedzinie inżynierii elektrycznej i komputerowej w Marlan i Rosemary Bourns na UC Riverside. Wyższa Szkoła Inżynierska. „Na naszej platformie fotonicznej system zachowuje równowagę między zyskiem a stratą, aby tworzyć i chronić kryształy czasu”.
Całkowicie optyczny kryształ czasu jest realizowany przy użyciu szklanego rezonatora z fluorku magnezu w kształcie dysku o średnicy jednego milimetra. Podczas bombardowania dwoma wiązkami laserowymi naukowcy zaobserwowali skoki subharmoniczne lub tony częstotliwości między dwoma wiązkami laserowymi, które wskazywały na złamanie symetrii czasowej i tworzenie kryształów czasu.
Zespół pod kierownictwem UCR wykorzystał technikę zwaną blokowaniem samowtrysku dwóch laserów w rezonatorze, aby uzyskać odporność na skutki środowiskowe. Sygnatury czasowo powtarzającego się stanu tego systemu można łatwo zmierzyć w dziedzinie częstotliwości. Proponowana platforma upraszcza zatem badanie tego nowego etapu materii.
Bez konieczności stosowania niskiej temperatury system można przenieść poza złożone laboratorium do zastosowań w terenie. Jednym z takich zastosowań mogą być bardzo dokładne pomiary czasu. Ponieważ częstotliwość i czas są matematycznymi odwrotnością siebie, dokładność pomiaru częstotliwości umożliwia dokładny pomiar czasu.
„Mamy nadzieję, że ten system fotoniczny będzie można wykorzystać w kompaktowych i lekkich źródłach częstotliwości radiowych o doskonałej stabilności, a także w precyzyjnym pomiarze czasu” – powiedział Taheri.
Powszechnie dostępny artykuł Nature Communications „W pełni optycznie rozpraszające dyskretne kryształy czasu” jest dostępny tutaj. Do badań Taheriego dołączył Andrey B. Matsko z NASA Jet Propulsion Laboratory, Lute Maleki z OEwaves Inc. w Pasadenie w Kalifornii oraz Krzysztof Sacha z Uniwersytetu Jagiellońskiego w Polsce.
Źródło historii:
Materiały dostarczone przez Uniwersytet Kalifornijski – Riverside. Oryginał napisany przez Holly Ober. Uwaga: Treść można edytować pod kątem stylu i długości.