Zanimljivosti

Vremenski kristali, ideja koja će promijeniti modernu fiziku

Ako se održe kao ideja, vremenski kristali će izmijeniti mnogo toga u modernoj fizici, od otvaranja novih polja istraživanja do dubljeg razumijevanja vremena i prostora, ali će imati i praktičnu primjenu za moguću izgradnju takozvanih kubita za kvantne računare budućnosti, prenosi Elementarium.

Slavni Univerzitet Berkli u Kaliforniji u središtu je medijske pažnje nakon izrazito nasilnih protesta 1500 studenata protiv nastupa ekstremnog desničara Milo Janopulusa. U sukobe studenata i policije umiješao se i novi američki predsjednik, Donald Tramp koji je, do sada neviđeno, preko Tvitera zaprijetio Univerzitetu Berkli da će im uskratiti finansiranje iz federalnih fondova jer ”ne dozvoljavaju slobodu govora”.

Istovremeno, iza divovskih drvenih vrata zgrade Le Konte, jedne od kultnih zgrada u središtu Berkli kampusa u kojoj je radilo više Nobelovaca i vodećih imena moderne fizike, vlada tišina. Na trećem spratu u istočnom krilu, dobro raspoloženi Norman Jao, strasni ljubitelj stonog tenisa i talentovani doktor fizike sa Harvarda, dobio je vijest koja, za razliku od većine drugih, nema veze sa Trampom.

Naime, u dva odvojena eksperimenta potvrđena je njegova neobično smjela teorijska ideja, tačnije konkretan recept da se ideja ostvari, o stanju materije koja ne postoji u prostoru, nego u vremenu – ideja o vremenskim kristalima.

U običnom kristalu, koji predstavlja unutrašnju strukturu čvrstih supstanci kao što su kuhinjska so, kvarc, led ili kakav metal, molekuli ili joni ne lutaju unaokolo slobodni kao kod gasa, nego su periodično raspoređeni u prostoru i grade takozvanu kristanu rešetku. Fizičari ih nazivaju čvorovima rešetke, a vrlo zgodna matematika kojom se opisuju omogućila je da se danas podrobno razumiju raznovrsni, kako klasični, tako i kvantni fenomeni unutar čvrstih tijela (što je imalo silne primjene, prije svega u razvoju silicijumskih tehnologija).

Norman Jao je smislio način da napravi kristalnu rešetku čiji čvorovi nisu raspoređeni u prostornim dimenzijama, nego u vremenskoj. Njegov predlog je da se prvo laserskom pobudom promijeni jedna karakteristika jona u kristalu, da se na primjer obrne magnetni moment, odnosno spin, kako ga fizičari češće nazivaju.

Ova promjena spina jednog jona će promijeniti spin sljedećeg, koji će u nizu promijeniti sljedeći itd, ali će doći i do povratnih promjena. Norman Jao je predložio da se tako načini promjena koja će bez prekida ”putovati” kroz kristal u zatvorenom krugu. Kada ove promjene postanu kolektivno sihronizovane, održive i periodične i kad više ne zavise od spoljne pobude, one su raspoređene u vremenu i zapravo same po sebi čine vremensku rešetku, odnosno vremenski kristal.

Rad u kome je, zajedno sa nekoliko kolega sa Berklija, Jao opisao ovu metodologiju, objavljen je sredinom januara u prestižnom časopisu Physical Review Letters. Budući da je, kako to fizičari inače čine, Jaov rad već bio obznanjen u bazi ArXivs, njegov mentor sa Harvarda, Mihail Lukin već je okupio tim koji je Jaovu tehniku primijenio na kristalu dijamanta, dok je Kris Monro sa Univerziteta u Merilendu pokušao da je testira na zarobljenim jonima iterbijuma.

Oba eksperimenta su rezultate predala za objavu i oba su pokazala da vremenski kristal zaista nastaje i da ima period koji je dva puta veći od perioda pobude načinjene laserom. Ključno kod oba eksperimenta jeste da je vremenski kristal zatvoren sistem, da mu nakon pobude ne treba spoljna sila, niti da na bilo koji način troši energiju intereagujući sa spoljnim svijetom. Od značaja je i da interakcije između jona same održavaju vremenski kristal stabilnim.

Sama ideja o postojanju vremenskih kristala inače postoji već pet godina, a prvi ju je predložio Nobelovac Frenk Vilček. Kako u članku o vremenskim kristalima u časopisu New Scientist piše Dženifer Oulet, većina fizičara je prije ovih eksperimenata bila skeptična prema ovoj ideji jer je zamisao da nešto putuje u beskonačnoj petlji vrlo nalik na perpetuum mobile.

Ako se održe kao ideja, vremenski kristali će izmijeniti mnogo toga u modernoj fizici, od otvaranja novih polja istraživanja do dubljeg razumijevanja vremena i prostora, ali će imati i praktičnu primjenu za moguću izgradnju takozvanih kubita za kvantne računare budućnosti. Druga pitanja se, naravno, već sada mogu postaviti čim pređemo u druga agregatna stanja – postoji li, po analogiji, vremenski gas? Ili vremenska tečnost?

Tags
Send this to a friend