Egy felfedezés, ami ellentmond az idő hagyományos értelmezésének

Az időkristályok, amelyeket először 2016-ban mutattak be, minden hétköznapi anyagtól eltérően viselkednek. A hagyományos kristályokban – mint a só vagy a kvarc – az atomok ismétlődő mintázatokban helyezkednek el a térben. Az időkristályok ezt a mintázatot magára az időre helyezik át.

Atomjaik ismétlődő ciklusban mozognak, olyan ritmust alkotva, amely nem fogyaszt energiát. A tudósok gyakran hasonlítják őket egy olyan órához, amelyet soha nem kell felhúzni.

Az időkvázikristályok születése

Most a kutatók továbbfejlesztették a koncepciót azzal, hogy létrehozták az úgynevezett időkvázikristályt. A hagyományos időkristályokkal ellentétben, amelyek ugyanazt a mozgást ismétlik a végtelenségig, az időkvázikristályok úgy változtatják az atomi mozgásukat, hogy az soha nem ismétlődik – mégis követ egy alapvető rendet.

„Rendezettek, de látszólag nem periodikusak” – írta a csapat a Physical Review X című folyóiratban közzétett eredményeikben, vette észre a GreekReporter.

Gyémántok, nitrogén és mikrohullámok

Az időkvázikristály megalkotásához a tudósok egy homokszem nagyságú gyémánttal kezdték. Egy fókuszált nitrogénnyaláb segítségével kiütötték a szénatomokat a gyémánt szerkezetében. Ezáltal több mint egymillió apró üreg maradt vissza – egyenként mindössze egymilliomod méter széles.

Az elektronok gyorsan beköltöztek ezekbe az üres terekbe, és kölcsönhatásba léptek a közeli részecskékkel. Ezek a kölcsönhatások kvantumszinten történnek, ahol a fizika szokásos szabályai gyakran nem érvényesek.

A kristály egyedi viselkedésének aktiválásához a kutatók mikrohullámú impulzusokat használtak. Ezek az impulzusok mozgásba hozták a részecskéket, ritmikus struktúrát hozva létre, amely időben változott, de soha nem ismétlődött.

„A mikrohullámok segítenek rendet teremteni az időben” – mondta Bingtian Ye, az MIT kutatója és a tanulmány társszerzője.

Valós világbeli lehetőségek és a jövő technológiája

A tudományos újdonságon túl az új kristály egy napon gyakorlati alkalmazásokhoz is vezethet. A kis környezeti változásokra – például a mágneses mezőkre – való érzékenységük miatt az időkvázikristályokat rendkívül pontos érzékelők kifejlesztésére lehetne felhasználni.

Stabil, ismétlődő mozgásuk a kvantum-számítástechnikában is lehetőséget kínál. A tudósok úgy vélik, hogy a hagyományos számítógépek RAM memóriájához hasonló módon lehetne őket adatok tárolására használni.

„Hosszú időn keresztül tárolhatnának kvantummemóriát, lényegében a RAM kvantum analógjaként” – mondta Chong Zu, a St. Louis-i Washington Egyetem fizikaprofesszora, a projekt vezető kutatója. „Messze vagyunk még ettől a fajta technológiától, de az időkvázikristály létrehozása döntő fontosságú első lépés.”

Bár a felfedezés még korai stádiumban van, a szakértők szerint a kvantumelmélet számos kulcsfontosságú elképzelését megerősíti – és mérföldkövet jelent a stabil kvantumrendszerek kutatásában.