دانشمندان به وجود فاز جدیدی از ماده به نام کریستال های زمان پی بردند

[ad_1]

اکنون چند ماهی است که گمان می شود محققان به کریستال های زمان دست یافته اند. کریستال های زمان کریستال های غیرعادی و عجیبی هستند که ساختار ذره ای دارند و نه تنها در فضا بلکه در زمان نیز ساخته می شوند، بنابراین دارای نوسان ثابت و بدون انرژی هستند.

به گزارش کلیک، محققان با جزئیات کامل گزارش دادند که چگونه می توان این کریستال های نا آشنا را ایجاد و اندازه گیری کرد. دو تیم مستقل از دانشمندان مدعی شدند که توانسته اند کریستال های زمان را در آزمایشگاه و براساس این طرح ایجاد کنند، و درواقع به وجود فاز کاملا جدیدی از ماده پی بردند.

این کشف ممکن است غیرعملی به نظر برسد اما ما را از دوره کاملا جدیدی در فیزیک مطلع می سازد. درواقع دهه های زیادی است که ما در حال مطالعه موادی مانند فلزها و عایق هایی هستیم که در حال تعادل هستند. اما طبق پیش بینی ها انواع عجیب تری از مواد در جهان مانند کریستال های زمان وجود دارند که در تعادل نیستند و ما آن ها را ندیده ایم. اکنون می دانیم که این مواد واقعی هستند.

 اکنون ما به اولین گونه از ماده غیرتعادلی دست یافته ایم که همچون علم جدید محاسبات کوانتوم می تواند منجر به پیشرفت هایی در زمینه علم ما از جهان پیرامونمان شود. این مرحله، فاز جدیدی از ماده است که بسیار جالب است زیرا یکی از اولین نمونه های ماده غیرتعادلی است.

در نیم قرن گذشته ما در جستجوی ماده تعادلی مانند فلزها و عایق ها بوده ایم، اکنون در جستجوی ماده غیرتعادلی کاملا جدیدی هستیم. بیایید برای چند ثانیه گامی به عقب برگردیم، زیرا مفهوم کریستال های زمان را هنوز کاملا بیان نکرده ایم.

کریستال های زمان اولین بار توسط فیزیکدان نظریه پرداز فرانک ویلزک در سال ۲۰۱۲ پیش بینی شد و این فیزیکدان برنده جایزه نوبل شد. طبق پیش بینی های او کریستال های زمان ساختارهایی هستند که حتی در پایین ترین سطح انرژی شان (که به عنوان حالت پایه شناخته شده) هم جابجایی دارند.

معمولا زمانی که یک ماده در حالت پایه خود قرار گرفته به عنوان انرژی نقطه صفر سیستم شناخته شده و در این حالت جابه جایی به طور نظری غیرممکن است زیرا این جابجایی نیازمند صرف انرژی است. اما ویلزک پیش بینی کرد که کریستال های زمان از این قاعده مستثنی هستند.

کریستال های معمولی یک ساختار ذره ای دارند که مانند شبکه کربنی الماس در فضا به طور پیوسته ساخته می شوند. اما مانند یاقوت یا الماس بی حرکتند زیرا آن ها در حالت پایه خود در حالت تعادل هستند.

اما کریستال های زمان ساختاری دارند که نه تنها در فضا بلکه در زمان هم ساخته می شوند. و بدین صورت نوسان را در حالت پایه نیز حفظ می کنند.

یک ژله را تصور کنید، هنگامی که به آن ضربه می زنید، مکررا تکان می خورد. همین اتفاق مشابه نیز در کریستال های زمان رخ می دهد با این تفاوت که حرکت ها بدون انرژی انجام می شوند.

کریستال زمان در حالت پایه طبیعی خود مانند ژله ای است که به طور مداوم نوسان می کند، و همین باعث می شود که فاز جدیدی از ماده به وجود آید که ماده غیر تعادلی گفته می شود.

تا اینجا به پیش بینی درمورد وجود کریستال های زمان اشاره شد. درست کردن آن ها نیز نیازمند مطالعات جدیدی است.

یائو و تیمش طرحی همراه با جزئیات برای توصیف دقیق چگونگی تشکیل و اندازه گیری ویژگی های کریستال های زمان و حتی پیش بینی فازهای مختلف کریستال های زمان انجام دادند. این بدان معناست که آن ها تصوری شبیه فازهای جامد، مایع و گاز برای فاز جدید ماده ایجاد کردند.

یائو مقاله ای را با عنوان “پلی بین ایده نظری و اجرای عملی” منتشر کرد.

این ایده تنها بر اساس حدس و گمان نیست. براساس طرح یائو، دو تیم مستقل، یکی از دانشگاه مریلند و دیگری از هاروارد دستورالعمل ها را برای تشکیل کریستال های زمان دنبال کردند. هر دوی این پیشرفت ها در اواخر سال گذشته در سایت arXiv.org پیش چاپ شد و برای انتشار در ژورنال بازنگری شد. یائو در هردوی آن مقالات همکار است.

در حالی که دو مقاله قرار است منتشر شوند پس ما باید منتظر دو ادعا باشیم. اما حقیقت آن است که هر دو تیم به صورت جدا از طرح یکسانی برای ساخت کریستال های زمان و به دور از سیستم های مختلف استفاده کرده اند.

کریستال های زمان دانشگاه مریلند با ۱۰ یون ایتربیم در یک خط کونگا و با اسپین های الکترون گرفتار ایجاد شدند. کلید انجام این عمل برای تبدیل به کریستال زمان حفظ یون ها در حالت غیر تعادلی بود و برای انجام چنین کاری محققان متناوبا آن ها را با دو لیزر حرارت می دادند. یک لیزر میدان مغناطیسی ایجاد می کرد و لیزر دوم تا اندازه ای به اسپین های اتم ها فشار وارد می کرد.

از آنجایی که همه اتم ها گرفتار بودند، همه اتم ها تحت یک الگوی تکراری و ثابت یعنی ضربه به اسپین ها قرار داشتند که این مشخصه کریستال است. این کار امری طبیعی بود اما برای تبدیل شدن به کریستال زمان سیستم باید تقارن زمان را از بین ببرد. از طرفی محققان با مشاهده خط کونگا در اتم ایتربیم اظهار داشتند که چیز عجیبی رخ داده است.

دو لیزر در فواصل معین اتم های ایتربیم را برانگیخته می سازند، این عمل که دوبار در هر دوره رخ می دهد در سیستم تکرار می شود، و چنین چیزی در سیستم های طبیعی اتفاق نمی افتد.

آیا این موضوع برایتان بسیار عجیب نیست که شما به ژله ضربه وارد کنید و ببینید که ژله به هر طریقی و در هر زمان دیگری به این کار شما پاسخ دهد؟

اساس کار کریستال زمان اینگونه است. شما تعدادی محرک دوره ای دارید که دارای دوره تناوب T است اما سیستم به نحوی تطابق می یابد بنابراین شما مشاهده می کنید که سیستم با دوره تناوبی بزرگتر از T نوسان می کند.

سپس کریستال زمان تحت میدان های مغناطیسی مختلف و پالس لیزر تغییر فاز می دهد درست مثل اینکه یک قطعه یخ ذوب شود.

کریستال زمان دانشگاه هاروارد متفاوت ولی دارای نتایج مشابهی بود. محققان آن ها را با استفاده از بسته های خالی از نیتروژن در مرکز الماس ایجاد کردند.

نتایج مشابهی از هر دو سیستم مختلف بدست آمد و هردوی آن ها تاکید داشتند که کریستال زمان فاز گسترده جدیدی از ماده است و تنها یک کنجکاوی منسوب به سیستم های خاص محدود و کوچک نیست.

مشاهدات حاصل از کریستال های زمان اثبات می کنند که از بین بردن تقارن ضرورتا می تواند در همه عرصه های طبیعی رخ دهد و راه های جدیدی را برای تحقیق آشکار می سازد.

[ad_2]

لینک منبع