Az időkristályok „lehetetlenek”, de a kvantumfizika alá tartoznak

Egy új kísérlet során a tudósok két időkristályt hoznak létre egy szuperfolyadékban, és érintkezésbe hozzák őket.

Az időkristályokat régóta lehetetlennek tartották, mert úgy tűnik, hogy állandó mozgásuk dacol a fizika törvényeivel. A kvantumfizika segítségével azonban A tudósok nemcsak időkristályokat hoztak létre, de most azt is megmutatják, hogy képesek hasznos eszközöket táplálni a jövőben.

A tudósok létrehozták az első kéttestű „időkristály” rendszert egy kísérlet során, amely úgy tűnik, hogy megforgatja a fizika törvényeit.

Ez azután történt, hogy ugyanaz a csapat nemrégiben szemtanúja volt az ügy új szakaszának első interakciójának.

Az időkristályokat régóta lehetetlennek tartották, mert végtelen mozgásban lévő atomokból állnak. A felfedezést ma (2022. június 2-án) tették közzé a magazinban Természeti kommunikációmegmutatja, hogy nemcsak időkristályok hozhatók létre, hanem hasznos eszközökké is alakíthatók.

Az időkristályok különböznek a szabványos kristályoktól – például ásványoktól vagy kőzetektől –, amelyek a térben rendszeresen ismétlődő mintázatban elhelyezkedő atomokból állnak.

Az időkristályok, amelyeket először 2012-ben fejlesztett ki a Nobel-díjas Frank Wilczek, és 2016-ban határozták meg, az időkristályok sajátos tulajdonságát mutatják, hogy mozdulatlanok, és külső bemenet nélkül is megismétlik a mozgást az időben. Atomjaik folyamatosan oszcillálnak, forognak, vagy először az egyik, majd a másik irányba mozognak.

A kutatók a folyékony szuperfolyékony hélium-3-at közel abszolút nullára (mínusz 273,15 Celsius-fok) hűtötték le ebben a forgó hűtőszekrényben, kétszer is létrehozva kristályokat, és elérhető közelségben tartva azokat. A kép forrása: © Aalto Egyetem / Mikko Raskinen

Dr. Samoli Ooty, az EPSRC munkatársa, a Lancaster Egyetem Fizikai Tanszékének vezető szerzője kifejtette: „Mindenki tudja, hogy az örökmozgó lehetetlen. A kvantumfizikában azonban az örökmozgás mindaddig rendben van, amíg becsukjuk a szemünket. Ha átcsúszunk rajta ebből a repedésből időkristályokat készíthetünk.

„Kiderült, hogy a kettő összerakása gyönyörűen működik, még akkor is, ha az időkristályok eleve nem voltak jelen. Azt pedig már tudjuk, hogy szobahőmérsékleten is jelen vannak.”

A „kétszintű rendszer” a kvantumszámítógép alapvető építőköve. Az időkristályok segítségével olyan kvantumeszközöket lehet építeni, amelyek szobahőmérsékleten működnek.

A Lancaster Egyetem, a Royal Holloway London, a Landau Institute és a kutatók nemzetközi csapata Aalto Egyetem Helsinkiben időkristályokat figyeltek meg hélium-3-mal, a hélium ritka izotópjával, amelyből egy neutron hiányzik. A kísérletet az Aalto Egyetemen végezték.

Lehűtötték a szuperfolyékony hélium-3-at körülbelül egytízezred fokra[{” attribute=””>absolute zero (0.0001K or -273.15°C). The researchers created two time crystals inside the superfluid, and brought them to touch. The scientists then watched the two time crystals interacting as described by quantum physics.

Reference: “Nonlinear two-level dynamics of quantum time crystals” 2 June 2022, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-022-30783-w