Πρώτη παρατήρηση της αλληλεπίδρασης «χρονικών κρυστάλλων»

Για πρώτη φορά, επιστήμονες παρακολούθησαν την αλληλεπίδραση μιας νέας φάσης της ύλης που είναι γνωστή ως «χρονικοί κρύσταλλοι».
Η ανακάλυψη, που δημοσιεύθηκε στο Nature Materials, μπορεί να οδηγήσει σε εφαρμογές στην κβαντική επεξεργασία πληροφορίας, διότι οι χρονικοί κρύσταλλοι παραμένουν αυτόματα άθικτοι - συνεκτικοί - υπό διάφορες συνθήκες. Η προστασία της συνοχής είναι η κυριότερη δυσκολία που εμποδίζει την ανάπτυξη ισχυρών κβαντικών υπολογιστών.
Ο Δρ Samuli Autti, κύριος συγγραφέας από το Πανεπιστήμιο του Λάνκαστερ, δήλωσε: «Ο έλεγχος της αλληλεπίδρασης δύο χρονικών κρυστάλλων είναι ένα σημαντικό επίτευγμα. Πριν από αυτό, κανείς δεν είχε παρατηρήσει δύο χρονικούς κρυστάλλους στο ίδιο σύστημα, πόσο μάλλον να τους είδε να αλληλεπιδρούν. Οι ελεγχόμενες αλληλεπιδράσεις είναι η νούμερο ένα επιθυμία στη λίστα όσων θέλουν να εκμεταλλευτούν ένα χρονικό κρύσταλλο για πρακτικές εφαρμογές , όπως η κβαντική επεξεργασία πληροφοριών .»
Οι χρονικοί κρύσταλλοι διαφέρουν από έναν τυπικό κρύσταλλο – όπως τα μέταλλα ή τα ορυκτά - που αποτελείται από άτομα διατεταγμένα σε ένα επαναλαμβανόμενο μοτίβο στο χώρο.
Οι χρονικοί κρύσταλλοι που αναπτύχθηκαν ως θεωρία για πρώτη φορά το 2012 από τον βραβευμένο με Νόμπελ Frank Wilczek και ταυτοποιήθηκαν το 2016, έχουν την περίεργη ιδιότητα να είναι σε συνεχή, επαναλαμβανόμενη κίνηση στο χρόνο, χωρίς εξωτερική εισροή ενέργειας. Τα άτομα τους συνεχώς ταλαντεύονται, περιστρέφονται ή κινούνται πρώτα στη μία κατεύθυνση και μετά στην άλλη.
Μια διεθνής ομάδα ερευνητών από το Λάνκαστερ, το Γέιλ, το Royal Holloway London και το Πανεπιστήμιο Aalto στο Ελσίνκι παρατήρησαν χρονικούς κρυστάλλους χρησιμοποιώντας το Helium-3, το οποίο είναι ένα σπάνιο ισότοπο ηλίου με ένα νετρόνιο που λείπει. Το πείραμα πραγματοποιήθηκε στο Πανεπιστήμιο Aalto.
Το υπερ-ρευστό ήλιο-3 ψύχθηκε στο ένα δέκατο χιλιοστό ενός βαθμού από το απόλυτο μηδέν (0,0001K ή -273,15 ° C). Στη συνέχεια, οι ερευνητές δημιούργησαν δύο κρυστάλλους μέσα στο υπερρευστό και τους επέτρεψαν να αγγίξουν ο ένας τον άλλο.
Οι επιστήμονες παρατήρησαν ότι οι δύο χρονικοί κρύσταλλοι αλληλεπιδρούν και ανταλλάσσουν συστατικά σωματίδια που ρέουν από τον έναν κρύσταλλο στον άλλο, και πίσω - ένα φαινόμενο γνωστό ως φαινόμενο Josephson.
Οι χρονικοί κρύσταλλοι έχουν μεγάλες δυνατότητες για πρακτικές εφαρμογές. Θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τη βελτίωση της τρέχουσας τεχνολογίας ατομικού ρολογιού - περίπλοκα ρολόγια που διατηρούν τον ακριβέστερο χρόνο που μπορούμε να επιτύχουμε. Θα μπορούσαν επίσης να βελτιώσουν την τεχνολογία όπως τα γυροσκόπια και τα συστήματα που βασίζονται σε ατομικά ρολόγια, όπως το GPS.
Περισσότερες Πληροφορίες: AC Josephson effect between two superfluid time crystals, Nature Materials (2020). DOI: 10.1038/s41563-020-0780-y , www.nature.com/articles/s41563-020-0780-y
Πληροφορίες Περιοδικού: https://www.nature.com/nmat/
Photo Gallery
Video
Πηγή: https://phys.org/