Fizikçiler devrim niteliğindeki bir zaman kristali kullanarak kuantum ölümsüzlüğünü keşfettiler

Bilim insanları, daha önce elde edilenden milyonlarca kat daha uzun ömürlü bir zaman kristali üreterek kuantum fiziği alanında büyük bir atılım gerçekleştirdi. Bu keşif, Nobel ödüllü Frank Wilczek'in 2012'de yaptığı ve periyodik dış etkinin olmadığı bir sistemdeki periyodik davranışı gösteren zaman kristallerinin teorik tahminini doğrulamaktadır.

Araştırmacılar, Frank Wilczek'in önerdiği teorik konsepti doğrulayarak zaman kristallerinin ömrünü uzatmayı başardılar. Bu, kuantum fiziğinde ileriye doğru atılmış önemli bir adımı temsil ediyor.

TU Dortmund Üniversitesi'nden bir ekip yakın zamanda önceki deneylerde gösterilenden milyonlarca kat daha uzun ömürlü, son derece dayanıklı bir zaman kristali üretmeyi başardı. Bunu yaparak, Nobel ödüllü Frank Wilczek'in yaklaşık on yıl önce öne sürdüğü ve şimdiden bilim kurgu filmlerinde kendine yer bulan çok ilginç bir olguyu doğruladılar. Sonuçlar şimdi yayınlandı Doğa fiziği.

Zaman kristali araştırmasında öncü bir başarı

Kristaller veya daha kesin olarak uzaydaki kristaller, atomların büyük ölçeklerde periyodik dizilimleridir. Bu düzenleme, kristallere değerli taşlarda olduğu gibi pürüzsüz yüzeylerle mükemmel görünümlerini verir.

Fizik genellikle uzay ve zamanı aynı düzeyde ele aldığından, örneğin özel görelilikte, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nden (MIT) fizikçi ve Nobel fizik ödülü sahibi Frank Wilczek, 2012'de buna ek olarak uzaydaki kristaller için bir hipotez öne sürdü. , zamanla kristallerin de olması gerekir. Durumun böyle olabilmesi için, sistem benzer periyodik girişimlerle karşılaşmasa bile fiziksel özelliklerinden birinin zaman içinde periyodik olarak kendiliğinden değişmeye başlaması gerektiğini söyledi.

Aleve benzeyen şey, yeni zaman kristalinin ölçümüdür: her nokta deneysel bir değere karşılık gelir ve zaman kristalinin nükleer spin polarizasyonunun periyodik dinamikleri hakkında farklı görüşlere yol açar. Resim kaynağı: Alex Grealish/TU Dortmund

Zaman kristallerini anlamak

Bu tür zaman kristallerinin var olma olasılığı, birkaç yıldır tartışmalı bilimsel tartışmaların konusu olmuştur; ancak kısa sürede sinemalara da ulaşmıştır: örneğin zaman kristali, Marvel Studios'un Avengers: Endgame (2019) adlı filminde merkezi bir rol oynamıştır. 2017'den itibaren bilim insanları olası bir zaman kristalini göstermeyi birkaç kez başardılar.

Dr. Alex Grealish, TU Dortmund Fizik Bölümü Yoğun Madde Araştırma Merkezi'nde çalışmaktadır. Kredi bilgileri: TU Dortmund

Ancak bu sistemler – Wilczek'in orijinal fikrinin aksine – belirli bir periyodiklikle zamansal uyarıma maruz kaldı, ancak daha sonra iki kat daha uzun bir başka periyotla reaksiyona girdi. Uyarımın zamandan bağımsız, yani sabit olmasına rağmen, zamanla periyodik olarak davranan bir kristalin, Bose-Einstein yoğunlaştırıcısında yalnızca 2022'de kanıtlandığı görüldü. Ancak kristal yalnızca birkaç milisaniye yaşadı.

Zamanda sıçrama kristal ömrü

Dr. Alex Grelich liderliğindeki Dortmund fizikçileri şimdi, nükleer dönüşlerin zaman kristali için bir rezervuar görevi gördüğü, indiyum galyum arsenitten yapılmış özel bir kristal tasarladılar. Kristal sürekli olarak aydınlatılır, böylece nükleer spinin polarizasyonu elektron spini ile etkileşim yoluyla oluşturulur. Bir zaman kristaline eşdeğer olan salınımları kendiliğinden üreten tam da bu nükleer spin polarizasyonudur.

Şu anki deneylerin durumu, kristalin en az 40 dakikalık bir ömre sahip olduğu yönünde; bu şu ana kadar kanıtlanmış olandan 10 milyon kat daha uzun ve muhtemelen çok daha uzun yaşayacak.

Deney koşullarını sistematik olarak değiştirerek kristalleşme süresini büyük ölçeklerde değiştirmek mümkündür. Ancak kristalin “eridiği” yani periyodikliğini kaybettiği alanlara da geçmek mümkündür. Bu bölgeler aynı zamanda ilginçtir, çünkü daha sonra uzun süreler boyunca sürdürülebilecek kaotik davranışlar ortaya çıkar. Bilim insanları bu tür sistemlerin kaotik davranışlarını analiz etmek için teorik araçları ilk kez kullanabiliyor.

Referans: “Nükleer elektron spin sisteminde güçlü sürekli zaman kristali”, A. Greilich, NE Kopteva, AN Kamenskii, PS Sokolov, VL Korenev ve M. Bayer, 24 Ocak 2024, Doğa fiziği.
doi: 10.1038/s41567-023-02351-6