Физичари су открили квантну бесмртност користећи револуционарни временски кристал

Научници су направили велики искорак у области квантне физике тако што су произвели временски кристал са животним веком милионима пута дужим него што је раније постигнуто. Ово откриће потврђује теоријско предвиђање временских кристала које је направио нобеловац Франк Вилчек 2012. године, показујући периодично понашање у систему без периодичног спољног утицаја.

Истраживачи су успели да продуже живот временских кристала, потврђујући теоријски концепт који је предложио Френк Вилчек. Ово представља важан корак напред у квантној физици.

Тим са Универзитета ТУ Дортмунд недавно је успео да произведе изузетно издржљив временски кристал који живи милионе пута дуже него што се могло показати у претходним експериментима. Тиме су потврдили веома занимљив феномен који је пре десетак година претпоставио нобеловац Френк Вилчек и који се већ нашао у научнофантастичним филмовима. Резултати су сада објављени у Природна физика.

Пионирско достигнуће у истраживању временских кристала

Кристали, тачније кристали у свемиру, су периодични распореди атома на скалама велике дужине. Овакав распоред кристалима даје изузетан изглед, са глатким фасетама као код драгог камења.

Пошто физика често третира простор и време на истом нивоу, на пример у специјалној релативности, Френк Вилчек, физичар са Технолошког института у Масачусетсу (МИТ) и добитник Нобелове награде за физику, 2012. претпоставио је да је поред тога, за кристале у свемиру , морају постојати и кристали у времену. Да би то био случај, рекао је он, једно од његових физичких својстава мора почети спонтано да се периодично мења током времена, иако систем не доживљава сличне периодичне сметње.

Оно што личи на пламен је мерење новог временског кристала: свака тачка одговара експерименталној вредности, што доводи до различитих погледа на периодичну динамику поларизације нуклеарног спина временског кристала. Извор слике: Алек Греалисх/ТУ Дортмунд

Разумевање временских кристала

Могућност постојања оваквих временских кристала била је предмет контроверзне научне дебате већ неколико година – али је брзо стигла у биоскопе: на пример, временски кристал је играо централну улогу у филму Осветници: Ендгаме (2019) студија Марвел. Од 2017. па надаље, научници су већ у неколико наврата успели да демонстрирају могући временски кристал.

Др Алекс Грилиш ради у Центру за истраживање кондензоване материје на Одсеку за физику ТУ Дортмунд. Кредит: ТУ Дортмунд

Међутим, ови системи су – супротно Вилчековој првобитној замисли – били подвргнути временском побуђивању са одређеном периодичношћу, али су затим реаговали са још једним периодом, дупло дужим. Кристал који се периодично понаша са временом, иако је побуда временски независна, односно константна, приказан је тек 2022. године у Босе-Ајнштајновом кондензатору. Међутим, кристал је живео само неколико милисекунди.

Скок у времену кристалне дуговечности

Дортмундски физичари предвођени др Алексом Грелихом сада су дизајнирали посебан кристал направљен од индијум галијум арсенида, у коме нуклеарни спинови делују као резервоар за временски кристал. Кристал је непрекидно осветљен тако да се поларизација нуклеарног спина формира интеракцијом са спином електрона. Управо ова нуклеарна спинска поларизација спонтано генерише осцилације, што је еквивалент временском кристалу.

Стање експеримената у овом тренутку је да кристал има животни век од најмање 40 минута, што је 10 милиона пута дуже него што је до сада доказано, и вероватно ће живети много дуже.

Могуће је мењати период кристализације у великим размерама систематском променом експерименталних услова. Међутим, могуће је и прелазак на подручја где се кристал „топи“, односно губи периодичност. Ови региони су такође интересантни, јер тада настаје хаотично понашање, које се може одржавати током дужег временског периода. Ово је први пут да су научници могли да користе теоријске алате за анализу хаотичног понашања таквих система.

Референца: „Снажан континуирани временски кристал у систему нуклеарног електрона спин“ од А. Греилицх, НЕ Коптева, АН Каменскии, ПС Соколов, ВЛ Коренев и М. Баиер, 24. јануар 2024, Природна физика.
дои: 10.1038/с41567-023-02351-6