Csapdába ejtették az időt egy gyémánt belsejében

A Washington Egyetem kutatói olyan dolgot állítottak elő, amilyen még nem volt: egy kvázikristály elrendezésű időkristályt. Az eredmény egyrészt igazolja a kvantumfizika elméleteit, másrészt egy kvantumfizikán alapuló jövőbeli technika alapját jelenti.

Az időkristályt a neve alapján egy nyolcvanas évekbeli nyakhajas fantasztikus film kellékének gondolnánk, de teljesen valóságos. Ahogy a hagyományos kristályban az atomi szerkezet térben ismétlődik, az időkristály egy kvantumrendszer, amiben a részecskék elrendezése periodikusan ismétlődik az időben. 

A koncepció nagyon új, az elméleti lehetőséget 2012-ben vetette fel az MIT fizikai Nobel-díjas professzora, Frank Wilczek. A szakmai közvélemény gyorsan megsemmisítette az ötletet, ennek ellenére már 2016-ban jött az első beszámoló, amelyben részecskék ismétlődő spinjével hoztak létre valóságos időkristályt. Azóta pedig körülbelül egytucatnyit állítottak elő belőlük laboratóriumokban.

A mintázatokat ismétlő időkristály külső energia hozzáadása nélkül vibrál, viszont nem olyan tartós, mint a szokványos kristályok, a környezeti hatások miatt hamar elveszti időkristály-tulajdonságait.

Új idők váltják a régit

A Chong Zu adjunktus által vezetett tudományos csapat milliméteres gyémántmorzsával kísérletezett. A gyémántot nagy sebességre gyorsított nitrogénatomokkal bombázták. A nitrogénatomok a kristályrács szénatomjait kiütve üregeket hoztak létre. Az üregekben a környező részecskékkel kölcsönhatásba lépő elektronok jelentek meg. A kvázikristály mikrométeres méretű egységei több millió ilyen üregből álltak. Az időkristályt mikrohullámú impulzusokkal keltették életre.

De mi az a kvázikristály? A kvázikristály olyan szilárd anyag, ami átmenet a kristályok és az amorf anyagok között. A kristályban az atomok elemi egységei rendeződnek elméletileg végtelenül ismétlődő szerkezetbe. A kvázikristályban az egységek ismétlődnek, de nem alkotnak szabályos periodikus szerkezetet – ez hasonló az aperiodikus mintázatot alkotó, úgynevezett Penrose-csempéhez. Az első ilyen kvázikristály-szerkezetet még 1984-ben írták le.

A washingtoni időkvázikristályra vonatkoztatva ez annyit jelent, hogy a kristály külső energia hozzáadása nélkül vibrál, folyamatosan változó frekvencián.

Egy ilyen kristálynak sokféle technikai alkalmazása lehetséges. Idő mérhető vele, mivel külső hatásokra érzékeny, kiváló kvantumszenzor. A kvantum örökmozgó természete nagyon kapóra jöhet kvantumszámítógépekben, ahol az egyik legnagyobb probléma, hogy a legminimálisabb külső hatás is elsöpri a kvantuminformációkat.

Kvantummemóriaként hosszabb ideig tárolhatnánk benne adatokat, egyfajta kvantum RAM-ként. Ettől a technikától még messze vagyunk, de a időkvázikristály megalkotása az első döntő lépés ehhez

– emelte ki Zu.

(LiveScience, SciTechDaily)