Ανακάλυψη νέων κρυστάλλων χρόνου

Μια παράξενη μορφή ύλης που ονομάζεται κρύσταλλος χρόνου εμφανίστηκε πρόσφατα σε δύο νέες τοποθεσίες. Οι επιστήμονες δημιούργησαν έναν τέτοιο κρύσταλλο σε φωσφορικό μονοαμμώνιο, όπως αναφέρεται στο τεύχος Μαΐου του Physical Review Letters, και μια άλλη ομάδα τον δημιούργησε σε ένα υγρό μέσο που περιέχει σωματίδια σε σχήμα αστεριού, τα οποία εμφανίστηκαν στο Physical Review.

Σε αντίθεση με άλλα γνωστά παραδείγματα, κρύσταλλο χρόνου από φωσφορικό μονοαμμώνιο, κατασκευάστηκε από στερεό υλικό με διατεταγμένη φυσική δομή, δηλ. παραδοσιακό κρύσταλλο. Τα υπόλοιπα υλικά από τα οποία είχαν σχηματιστεί μέχρι στιγμής κρύσταλλοι ήταν άτακτα. Οι επιστήμονες δημιούργησαν για πρώτη φορά κρυστάλλους χρόνου το 2016. Το ένα κατασκευάστηκε από ελαττωματικό διαμάντι, το άλλο χρησιμοποιώντας μια αλυσίδα ιόντων υττερβίου.

Οι συνηθισμένοι κρύσταλλοι όπως το αλάτι και ο χαλαζίας είναι παραδείγματα τρισδιάστατων, διατεταγμένων χωρικών κρυστάλλων. Τα άτομά τους σχηματίζουν ένα επαναλαμβανόμενο σύστημα γνωστό στους επιστήμονες εδώ και δεκαετίες. Οι κρύσταλλοι του χρόνου είναι διαφορετικοί. Τα άτομά τους δονούνται περιοδικά πρώτα προς τη μία κατεύθυνση και μετά προς την άλλη κατεύθυνση, διεγερμένα από μια παλλόμενη μαγνητική δύναμη (συντονισμός). Ονομάζεται "τσιμπούρι».

Το τικ σε έναν κρύσταλλο χρόνου περιορίζεται σε μια συγκεκριμένη συχνότητα, αν και οι αλληλεπιδρώντες παλμοί έχουν διαφορετικούς συντονισμούς. Για παράδειγμα, τα άτομα σε κρυστάλλους χρόνου που μελετήθηκαν σε ένα από τα πειράματα του περασμένου έτους περιστρέφονταν με συχνότητα μόνο τη μισή συχνότητα παλμών του μαγνητικού πεδίου που τα επηρεάζει.

Οι επιστήμονες λένε ότι η κατανόηση των κρυστάλλων του χρόνου θα μπορούσε να οδηγήσει σε βελτιώσεις στα ατομικά ρολόγια, τα γυροσκόπια και τα μαγνητόμετρα, καθώς και να βοηθήσει στη δημιουργία κβαντικών τεχνολογιών. Η Αμερικανική Υπηρεσία Προηγμένων Ερευνητικών Προγραμμάτων Άμυνας (DARPA) ανακοίνωσε χρηματοδότηση για έρευνα σε μια από τις πιο περίεργες επιστημονικές ανακαλύψεις των τελευταίων ετών.

- είπε ο επικεφαλής του προγράμματος DARPA στο Gizmodo, Δρ Ρόζα Αλεχάντα Λουκάσεφ. Οι λεπτομέρειες αυτών των μελετών είναι εμπιστευτικές, είπε. Μπορούμε μόνο να συμπεράνουμε ότι πρόκειται για μια νέα γενιά ατομικών ρολογιών, πιο βολικά και σταθερά από τις περίπλοκες εργαστηριακές εγκαταστάσεις που χρησιμοποιούνται σήμερα. Όπως είναι γνωστό, τέτοιοι χρονόμετροι χρησιμοποιούνται σε πολλά σημαντικά στρατιωτικά συστήματα, συμπεριλαμβανομένου, για παράδειγμα, του GPS.

Βραβευμένη με Νόμπελ Φρανκ Βίλτσεκ

Προτού ανακαλυφθούν πραγματικά οι κρύσταλλοι του χρόνου, είχαν συλληφθεί θεωρητικά. Εφευρέθηκε πριν από αρκετά χρόνια από έναν Αμερικανό, βραβευμένο με Νόμπελ. Φρανκ Βίλτσεκ. Εν ολίγοις, η ιδέα του είναι να σπάσει τη συμμετρία, όπως συμβαίνει με τις μεταβάσεις φάσης. Ωστόσο, στους θεωρητικούς κρυστάλλους χρόνου, η συμμετρία θα σπάσει όχι μόνο σε τρεις χωρικές διαστάσεις, αλλά και στον τέταρτο χρόνο. Σύμφωνα με τη θεωρία του Wilczek, οι χρονικοί κρύσταλλοι έχουν μια επαναλαμβανόμενη δομή όχι μόνο στο χώρο, αλλά και στο χρόνο. Το πρόβλημα είναι ότι αυτό συνεπάγεται δόνηση των ατόμων στο κρυσταλλικό πλέγμα, δηλ. κίνηση χωρίς παροχή ρεύματοςκάτι που θεωρούνταν αδύνατο και αδύνατο από τους φυσικούς.

Ενώ ακόμα δεν γνωρίζουμε τους κρυστάλλους που ήθελε ο διάσημος θεωρητικός, και πιθανότατα δεν θα τους θα κάνει ποτέ, το 2016, φυσικοί στο Πανεπιστήμιο του Μέριλαντ και στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ κατασκεύασαν «ασυνεχείς» (ή διακριτούς) κρυστάλλους χρόνου. Πρόκειται για συστήματα ατόμων ή ιόντων που παρουσιάζουν συλλογική και κυκλική κίνηση, συμπεριφέρονται σαν μια προηγουμένως άγνωστη νέα κατάσταση της ύλης, ανθεκτική στην παραμικρή διαταραχή.

Αν και όχι τόσο ασυνήθιστο όσο ο Prof. Wilczek, οι κρύσταλλοι χρόνου που ανακαλύφθηκαν πρόσφατα είναι αρκετά ενδιαφέροντες για να προσελκύσουν στρατιωτικό ενδιαφέρον. Και αυτό φαίνεται αρκετά σημαντικό.