Kryształy czasu, które utrzymują się w nieskończoność w temperaturze pokojowej, mogą mieć zastosowanie w precyzyjnym pomiarze czasu

Wszyscy widzieliśmy kryształy, czy to proste ziarnko soli lub cukru, czy też wyszukany i piękny ametyst. Kryształy te składają się z atomów lub cząsteczek, które powtarzają się w symetryczny trójwymiarowy wzór zwany siatką, w której atomy zajmują określone punkty w przestrzeni. Na przykład, tworząc sieć okresową, atomy węgla w diamencie łamią symetrię przestrzeni, w której się znajdują. Fizycy nazywają to „łamaniem symetrii”.

Naukowcy niedawno odkryli, że podobny efekt można zaobserwować z biegiem czasu. Łamanie symetrii, jak sama nazwa wskazuje, może nastąpić tylko tam, gdzie istnieje jakaś symetria. W domenie czasu cyklicznie zmieniająca się siła lub źródło energii naturalnie wytwarza wzór czasowy.

Załamanie symetrii następuje, gdy system napędzany taką siłą napotyka na moment déjà vu, ale nie z takim samym okresem obowiązywania. „Kryształy czasu” były poszukiwane w ostatniej dekadzie jako nowa faza materii, a ostatnio były obserwowane w skomplikowanych warunkach eksperymentalnych w izolowanych układach. Eksperymenty te wymagają ekstremalnie niskich temperatur lub innych rygorystycznych warunków, aby zminimalizować niepożądane wpływy zewnętrzne, zwane hałasem.

Aby naukowcy mogli dowiedzieć się więcej o kryształach czasu i wykorzystać swój potencjał w technologii, muszą znaleźć sposoby na wytwarzanie krystalicznych stanów czasu i utrzymywanie ich stabilnych poza laboratorium.

Najnowocześniejsze badania prowadzone przez UC Riverside i opublikowane w tym tygodniu w Komunikacja przyrodnicza zaobserwował kryształy czasu w systemie, który nie jest odizolowany od otaczającego go środowiska. To ważne osiągnięcie przybliża naukowców do opracowania kryształów czasu do wykorzystania w rzeczywistych zastosowaniach.

„Kiedy twój eksperymentalny system wymienia energię z otoczeniem, rozpraszanie i hałas współpracują ze sobą, aby zniszczyć porządek czasowy” – powiedział główny autor Hossein Taheri, adiunkt naukowy inżynierii elektrycznej i komputerowej w Marlan and Rosemary Bourns z UC Riverside. Szkoła Inżynierska. „Na naszej platformie fotonicznej system zachowuje równowagę między zyskiem a stratą, aby tworzyć i chronić kryształy czasu”.

W pełni optyczny kryształ czasu jest realizowany przy użyciu szklanego rezonatora z fluorku magnezu w kształcie dysku o średnicy jednego milimetra. Podczas bombardowania dwoma wiązkami laserowymi naukowcy zaobserwowali skoki subharmoniczne, czyli tony częstotliwości między dwiema wiązkami laserowymi, które wskazywały na załamanie symetrii czasowej i tworzenie kryształów czasu.

Zespół kierowany przez UCR zastosował technikę zwaną blokowaniem samowtrysku dwóch laserów do rezonatora, aby uzyskać odporność na skutki środowiskowe. Sygnatury czasowego powtarzającego się stanu tego systemu można łatwo zmierzyć w dziedzinie częstotliwości. Proponowana platforma upraszcza zatem badanie tego nowego etapu sprawy.

Bez konieczności stosowania niskiej temperatury system można przenieść ze złożonego laboratorium do zastosowań terenowych. Jednym z takich zastosowań mogą być bardzo dokładne pomiary czasu. Ponieważ częstotliwość i czas są matematycznymi odwrotnością siebie, dokładność pomiaru częstotliwości pozwala na dokładny pomiar czasu.

„Mamy nadzieję, że ten system fotoniczny może być używany w kompaktowych i lekkich źródłach RF o doskonałej stabilności, a także w precyzyjnym taktowaniu” – powiedział Taheri.

otwarty dostęp Komunikacja przyrodnicza Artykuł nosi tytuł „W pełni optycznie rozpraszające kryształy czasu dyskretnego”. Do badań Taheriego dołączył Andrey B. Matsko z Jet Propulsion Laboratory NASA, Lute Maleki z OEwaves Inc. w Pasadenie w Kalifornii oraz Krzysztof Sacha z Uniwersytetu Jagiellońskiego w Polsce.