Tijdkristallen zijn ‘onmogelijk’, maar ze zijn onderhevig aan kwantumfysica

Lange tijd werd gedacht dat tijdkristallen onmogelijk waren omdat hun eeuwigdurende beweging de wetten van de fysica lijkt te tarten. Echter, met behulp van kwantumfysica Wetenschappers hebben niet alleen tijdkristallen gemaakt, maar ze laten nu ook zien dat ze het potentieel hebben om in de toekomst nuttige apparaten van stroom te voorzien.

Wetenschappers hebben het eerste “tijdkristal”-systeem met twee lichamen gecreëerd in een experiment dat de wetten van de fysica lijkt te verdraaien.

Dit komt nadat hetzelfde team onlangs getuige was van de eerste interactie van een nieuwe fase van de zaak.

Lange tijd werd aangenomen dat tijdkristallen onmogelijk zijn omdat ze zijn gemaakt van atomen in oneindige beweging. De ontdekking die vandaag (2 juni 2022) in het tijdschrift is gepubliceerd Natuurcommunicatielaat zien dat niet alleen tijdkristallen kunnen worden gemaakt, maar dat ze ook kunnen worden omgezet in nuttige apparaten.

Tijdkristallen verschillen van standaardkristallen – zoals mineralen of gesteenten – die bestaan ​​uit atomen die in een regelmatig herhalend patroon in de ruimte zijn gerangschikt.

Voor het eerst ontwikkeld in 2012 door Nobelprijswinnaar Frank Wilczek en gedefinieerd in 2016, vertonen tijdkristallen de bijzondere eigenschap dat ze stationair zijn en beweging in de tijd herhalen zonder externe input. De atomen zijn constant aan het oscilleren, draaien of bewegen eerst in de ene richting en dan in de andere.

De onderzoekers koelden vloeibare superfluïde helium-3 af tot bijna het absolute nulpunt (min 273,15 graden Celsius) in deze roterende koelkast, waarbij twee keer kristallen werden gecreëerd en deze binnen handbereik bleven. Afbeelding tegoed: © Aalto University / Mikko Raskinen

EPSRC Fellow Dr. Samoli Ooty, hoofdauteur van het Department of Physics aan de Lancaster University, legt uit: “Iedereen weet dat perpetuum mobile onmogelijk is. In de kwantumfysica is perpetuum mobile echter oké zolang we onze ogen sluiten. Door er doorheen te glippen deze scheur kunnen we Tijdkristallen maken.

“Het blijkt dat het samenvoegen van die twee prachtig werkt, ook al waren de tijdkristallen in de eerste plaats niet aanwezig. En we weten al dat ze ook bij kamertemperatuur aanwezig zijn.”

Het “twee-niveau-systeem” is een fundamentele bouwsteen van een kwantumcomputer. Tijdkristallen kunnen worden gebruikt om kwantumapparaten te bouwen die bij kamertemperatuur werken.

Een internationaal team van onderzoekers van Lancaster University, Royal Holloway London, het Landau Institute en Universiteit van Aalto In Helsinki werden tijdkristallen waargenomen met behulp van helium-3, een zeldzame isotoop van helium waarbij één neutron ontbreekt. Het experiment werd uitgevoerd aan de Aalto University.

Ze koelden supervloeibaar helium-3 af tot ongeveer een tiende van duizend graden van[{” 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