Twee jaar na idee kristalliseren wetenschappers tijd, openen nieuwe ruimte

'Het werk behandelt enkele van de meest fundamentele vragen over de aard van materie.'

Prof. Shivaji Sondhi

Twee groepen onderzoekers, gevestigd aan Harvard University en University of Maryland, meldden op 9 maart in Nature dat ze 'tijdkristallen' hadden gemaakt: iets dat schijnbaar rechtstreeks uit sciencefiction lijkt, met structuren waarin atomen en moleculen zijn gerangschikt in ruimte en tijd .

jon lovitz vrouw

De theoretische basis voor het bestaan ​​van tijdkristallen werd in 2015 gelegd door Prof Shivaji Sondhi, theoretisch fysicus aan Princeton, zijn toen afgestudeerde student Vedika Khemani (die ook deel uitmaakte van het Harvard-team dat in Nature publiceerde), en Achilleas Lazarides en Roderich Moessner van het Max Planck Instituut in Dresden, Duitsland.

In een e-mailinterview legde prof. Shivaji Sondhi aan Anuradha Mascarenhas het belang uit van het bouwen van een klasse kristallen waarvan ooit werd gedacht dat ze onmogelijk te maken waren.

Wat zijn tijdkristallen? Waarom is het belangrijk dat ze zijn gemaakt?

Tijdkristallen zijn systemen waarbij de rol van ruimte in gewone kristallen wordt vervangen door tijd. In gewone kristallen vertoont een zeer groot aantal atomen - in principe een oneindig aantal - periodiciteit in de ruimte; in tijdkristallen vertonen ze periodiciteit in de tijd. Hun belang ligt in deze vervanging van ruimte door tijd - wat nieuw is en een idee van de Nobelist Frank Wilczek realiseert. Het concept van tijdkristallen is ontstaan ​​met Wilczek aan het Massachusetts Institute of Technology in 1975. In een gewoon kristal, zoals tafelzout, zijn atomen gerangschikt in een herhalend patroon. Interacties tussen naburige atomen houden het kristal stijf en voorkomen dat het bij de minste schok in het niets oplost. Zouden er dan niet ook kristallen moeten zijn die de translatiesymmetrie in de tijd doorbreken? Atomen bewegen in de tijd, maar in plaats van op een vloeiende of continue manier te bewegen, bewegen ze op een periodieke manier. Het was een idee dat leidde tot discussies of dergelijke kristallen zouden kunnen bestaan.

GEWONE KRISTALLEN versus TIJDKRISTALLEN: Princeton-onderzoekers leverden het theoretische inzicht dat leidde tot de creatie van tijdkristallen die door twee groepen onderzoekers in Nature worden gerapporteerd. Afbeelding: Emily Edwards, Universiteit van Maryland via persbericht van Princeton University.

Hoe verandert de nieuwe ontdekking manieren van denken over materie?

Het werk behandelt enkele van de meest fundamentele vragen over de aard van materie. Normaal gesproken denkt men aan materie in evenwicht - hoe het bezinkt als het onaangeroerd blijft. Degenen die zijn gemaakt, houden een constante interactie met de buitenwereld in en toch ontdekken we dat ze zeer onderscheidend gedrag kunnen vertonen dat wiskundig nauwkeurig is. Dit is nieuw voor een kwantumsysteem.

Hoe zijn de tijdkristallen ontstaan? Wat na deze ontdekking?

Ons werk ontdekte de essentiële fysica van hoe tijdkristallen functioneren. De ontdekking bouwt voort op een reeks ontwikkelingen die zich bezighouden met de vraag hoe we complexe systemen in en uit evenwicht begrijpen - wat van cruciaal belang is voor hoe natuurkundigen de aard van de alledaagse wereld verklaren. Beide experimenten bouwen voort op veel werk van het afgelopen decennium en meer op het besturen van kleine kwantumsystemen. Dus hoewel ze het er gemakkelijk uit lieten zien, zat er veel werk achter. Beide kranten hebben 26 auteurs tussen hen in! Als resultaat van deze theoretische studies begonnen twee groepen onderzoekers in het laboratorium te proberen tijdkristallen te bouwen. Het op Harvard gebaseerde team gebruikte een experimentele opstelling waarbij een kunstmatig rooster in een synthetische diamant werd gemaakt. Een andere benadering aan de Universiteit van Maryland maakte gebruik van een keten van geladen deeltjes die ytterbium-ionen worden genoemd.

Ik denk dat we door dit soort experimenteel werk meer nieuwe fasen van de materie zullen zien. Het zullen niet allemaal tijdkristallen zijn, maar ze zullen het kenmerk delen dat ze niet bestaan ​​als de materie met rust wordt gelaten. Ze kunnen uiteindelijk ook helpen bij het beschermen van informatie in futuristische apparaten die bekend staan ​​als kwantumcomputers.

(Bewerkte fragmenten uit interview)

Deel Het Met Je Vrienden: