İlk Sürekli Zaman Kristali, Zaman Öteleme Simetrisini Kendiliğinden Kırıyor

Herhangi bir türdeki ilk kristalin oluşturulmasından sadece altı yıl sonra, ilk sürekli zaman kristalinin yapımı bu garip ve önemli kuantum maddelerin oluşumunda ileri bir adım atıldığına işaret ediyor. Ayrık ve sürekli zaman kristalleri, kırdıkları zaman öteleme simetrisi biçimiyle - fizik yasalarının zamanla değişmediği ilkesi - ayırt edilir.

Kristaller, düzenli bir atom yapısını her yöne tekrar tekrar yinelemeleri ile tanımlanır ve bazı dönüşler veya hareketler tarafından değiştirildiği için kırık öteleme simetrisi olarak bilinir. Fizikçiler için zaman sadece başka bir boyuttur ve bu, Profesör Frank Wilczek'i, çevreye enerji kaybedemeyecekleri için, hareketi zaman içinde sonsuz bir şekilde tekrar eden kuantum temel durumunda bir parçacık kümesi fikrini ileri sürmeye yönlendirir.

Bir zaman kristalinin atomları hem zaman hem de uzayda kendini tekrar eder. Kulağa fantastik romandan fırlamış gibi gelebilir, ancak kuantum fizikçileri bundan daha tuhaf şeylere alışkındır ve Nobel Ödülü sahibi olmak muhtemelen Wilczek'in fikrinin ciddiye alınmasına yardımcı olmuştur.

Wilczek, sürekli zaman kristali olarak adlandırılan yapıyı önerdi, ancak varlıklarının zorluklarının ışığında, diğerleri ayrık zaman kristalleri olarak bilinen değiştirilmiş bir versiyon ileri sürdü. Ayrık form 2016'da gözlemlendi ve o zamandan beri pek olası olmayan yerlerde ortaya çıktı. Bilimsel bir merak olmaktan uzak, ayrık zamanlı kristalleri telefon, uydu ve kuantum bilgisayarlar için jiroskoplarda olası uygulamalara sahip.

Şimdi, Science dergisindeki bir makale, kendince önemli olabilecek ilk sürekli zaman kristalinin gözlemini duyurdu.

Herhangi bir zaman kristali salınım yapar, ancak enerjisini çevreye veremez, bu da onların “enerjisiz hareket” olarak anılmasına yol açar. Ayrık zaman kristalleri, periyodik dış salınımlar tarafından hareket ettirildiğinde durumlarını sürdürebilirken, sürekli zaman kristalleri devam eden harekete maruz kalabilir.

Yeni makalede açıklanan kristaller, Wilczek'in önerisiyle tam olarak uyuşmuyor ancak yazarlar iddialarına göre, “Wilczek'in orijinalinin ruhunu gerçekleştiriyor.”

Hamburg Üniversitesi'nden Dr. Hans Keßler ve ortak yazarlar, optik bir boşlukta yaklaşık 50.000 rubidyum atomundan oluşan bir Bose-Einstein kondensatı (BEC) tuttular ve bir lazerle pompaladılar. Lazer için seçilen dalga boyu, ilgili rubidyum geçişininkinden yüzde bir oranında daha kısaydı.

Belirli bir pompa gücünün üzerinde, BEC kendi kendine organize oldu ve rastgele zaman fazı değerleri kazandı - dalgaların döngünün neresinde olduğuna bakılmaksızın tahtasını sürmeye başlayan bir sörfçü gibi. Böyle bir sörfçü pek başarılı olmayabilir. Ancak BEC (atom altı parçacıkların dalga benzeri davranışını paylaşan geniş bir atom topluluğu), kuantum dalgalanmaları da dahil olmak üzere dış bozulmalardan etkilenmeden kendi hızında salınım yapabilme kapasitesi gösterdi. Keßler bunu bir açıklamada "sürekli zaman öteleme simetrisini kendiliğinden bozan bir sistem" olarak tanımladı.

“Sürekli zaman kristali” gibi bir isim, Keßler'in oluşumunun ebedi olduğunu düşünmemize neden olabilir, ancak durum bundan çok uzak. BEC atomları kaybeder ve kalanlar arasındaki çarpışmalar zaman kristalini “eritir”. Gerçekten de yazarlar itiraf ediyor; "BEC'nin sınırlı ömrü nedeniyle, sistemin uzun vadeli davranışına erişmek zor."

Bununla birlikte, deneyde, bu tür kristallerin varlığının olasılığını kanıtlayacak kadar uzun sürdü. Yazarlar, çalışmalarının zaman ölçümü bilimini geliştirmenin yolunu açabileceğine inanıyor.

Bu içerik IFLSCIENCE’da yayınlanmıştır.