Aleksandar Božović
Ovi revolucionarni materijali prkose tradicionalnoj fizici jer održavaju beskonačno kretanje bez gubitka energije. Njihova potencijalna primena u kvantnim računarima i preciznom merenju vremena mogla bi doneti stabilan i energetski efikasan način za skladištenje kvantnih informacija i merenje vremena.
Vremenski kristali – materija koja prkosi zakonima fizike
Tim istraživača sa Univerziteta Vašington, predvođen profesorima fizike Katerom Merčem i Čongom Zuu, stvorio je novu vrstu vremenskog kristala – neobičnu fazu materije koja dovodi u pitanje tradicionalno shvatanje kretanja i vremena. Njihovo istraživanje, sprovedeno u saradnji sa naučnicima sa MIT-a i Harvarda, objavljeno je 12. marta u prestižnom časopisu Physical Review X.
Da bismo razumeli vremenske kristale, možemo ih uporediti sa običnim kristalima, poput dijamanta ili kvarca, čija struktura zavisi od pravilnog rasporeda atoma u prostoru. Slično tome, u vremenskim kristalima čestice se neprestano ponavljaju u vremenu, oscilujući na stabilnim frekvencijama. To ih čini strukturama koje su kristalizovane u četiri dimenzije – tri prostorne i jednoj vremenskoj.
Vremenski kristali su poput sata koji nikada ne zahteva navijanje niti napajanje. U teoriji, mogli bi da osciluju zauvek, ali u praksi su veoma osetljivi na spoljne uticaje. Istraživači su uspeli da posmatraju stotine oscilacija pre nego što se struktura vremenskog kristala raspala, što je značajan uspeh.
Prvi vremenski kristal stvoren je na Univerzitetu Merilend 2016. godine, ali je tim sa Univerziteta Vašington otišao korak dalje – kreirao je vremenski kvazikristal, potpuno novu fazu materije.
Vremenski kvazikristali su još složeniji oblik vremenske materije
Za razliku od običnih kristala, kvazikristali su materijali u kojima se atomski obrasci ne ponavljaju jednako u svim dimenzijama, ali su i dalje visoko organizovani. Na sličan način, vremenski kvazikristali osciluju na više različitih frekvencija, što ih čini još složenijim od vremenskih kristala. Umesto jedne stabilne oscilacije, oni funkcionišu poput akorda u muzici, gde više tonova odjekuje istovremeno.
Kako su napravljeni vremenski kvazikristali?
Istraživači su izradili kvazikristale unutar malog, milimetarskog komada dijamanta. Bombardovali su ga snopovima azota, koji su uklonili određene atome ugljenika, ostavljajući mikroskopske praznine. Elektroni koji popunjavaju te praznine međusobno su povezani kvantnim interakcijama, što omogućava formiranje vremenskih struktura.
Da bi pokrenuli oscilacije u vremenskim kvazikristalima, naučnici su koristili mikrotalasne pulseve, koji su stvarali red u vremenskim oscilacijama. Svaki kvazikristal sastoji se više od milion ovih atomskih praznina i ima prečnik od oko jednog mikrometra, što znači da je nevidljiv golim okom i može se posmatrati samo pomoću mikroskopa.
Potencijalna primena vremenskih kristala i kvazikristala
Pored fundamentalnog značaja za kvantnu fiziku, vremenski kristali bi mogli imati i praktične primene:
– Kvantni senzori – zbog svoje osetljivosti na magnetna i druga kvantna polja, vremenski kristali mogli bi da posluže kao dugotrajni kvantni senzori koji ne zahtevaju dodatnu energiju.
– Precizno merenje vremena – klasični kvarcni oscilatori u satovima i elektronskim uređajima vremenom gube preciznost i zahtevaju kalibraciju. Vremenski kristali, sa druge strane, mogli bi održavati stabilnu frekvenciju bez gubitka energije.
– Kvantni računari – zbog sposobnosti da osciluju beskonačno bez rasipanja energije, vremenski kristali bi mogli da služe kao dugotrajna kvantna memorija, slično kvantnoj verziji RAM-a u klasičnim računarima.
Iako je tehnologija daleko od praktične primene, stvaranje vremenskog kvazikristala predstavlja ključni korak u istraživanju ovih neobičnih kvantnih struktura, piše SciTech Daily.
