"Tulkojumi": jauns matērijas stāvoklis. Kas ir laika kristāli? "Laika kristāli" varētu revolucionizēt teorētisko fiziku, komentējis Hypersongay
Kriss Monro strādāja ar līdzīga dizaina jonu slazdu (avots: Hartmuts Häffners)
2012. gadā laureāts Nobela prēmija fizikā Frenks Vilčeks ierosināja neparastu ideju. Viņš ierosināja (un mēģināja pierādīt) "laika kristālu" pastāvēšanas iespējamību. Šādas struktūras, pēc fiziķa domām, saņem enerģiju savai kustībai no laika simetrijas defekta. Vaina, pēc Vilceka domām, ir īpaša mūžīgās kustības forma.
Paši kristāli ir ļoti neparastas struktūras. Piemēram, kristāli (tie no tiem kristāla šūna kam nav augstākas – kubiskās – simetrijas), piemīt anizotropijas īpašība. Kristālu anizotropija ir to neviendabīgums fizikālās īpašības(elastīgā, mehāniskā, termiskā, elektriskā, magnētiskā, optiskā un citi) dažādos virzienos.
Mūsdienu fiziķus interesē ne tikai kristālu anizotropija, bet arī to simetrija. Kas attiecas uz simetriju, tā izpaužas ne tikai to struktūrā un īpašībās reālā trīsdimensiju telpā, bet arī elektronu enerģijas spektra aprakstīšanā kristālā, analizējot rentgenstaru difrakcijas, neitronu difrakcijas un elektronu difrakcijas procesus kristālos. izmantojot abpusējo telpu utt. Attiecībā uz "laika kristāliem" zinātnieki ir norādījuši, ka kristāli ir simetriski laikā.
Vilčeks par to runāja iespējama parādība tālajā 2010. gadā: “Es visu laiku domāju par kristālu klasifikāciju, un tad es domāju, ka telpu-laiku var attēlot arī no šāda viedokļa. Tas ir, ja mēs domājam par kristāliem telpā, būtu loģiski iedomāties kristāla struktūras laikā. Kristālos atomi ieņem stabilu stāvokli režģī. Un tā kā stabili objekti laika gaitā paliek nemainīgi, pastāv iespēja, ka atomi laika gaitā var izveidot pastāvīgi atkārtotu režģi. Viņi atgriežas sākotnējā stāvoklī pēc diskrēta intervāla, pārtraucot laika simetriju. Ja kristāls nepatērē un neražo enerģiju, tad šādi pagaidu kristāli ir stabili, atrodoties "pamata stāvoklī". Tajā pašā laikā kristāla struktūrā notiek cikliskas izmaiņas, kuras no fizikas viedokļa var uzskatīt par mūžīgu kustību.
Daudzi fiziķi šaubījās par hipotēzes par laika kristālu pastāvēšanas iespējamību pamatotību. Bet tie zinātnieki, kuri to pieņēma, sāka meklēt veidus, kā pārbaudīt Vilčeka pieņēmuma pamatotību. Un viņi to atrada.
Kriss Monro no Merilendas Universitātes Koledžparkā pirmo reizi savā laboratorijā spēja izveidot laika kristālu. Viņa ideja bija izveidot kvantu sistēmu gredzenā sakārtotu jonu grupas formā. Kad gredzens atdziest, kā apgalvoja Monro (un citi zinātnieki pirms viņa), visas sistēmas enerģijas stāvoklis samazināsies līdz minimālajam līmenim. Citiem vārdiem sakot, šādos apstākļos sistēma nonāk “pamata stāvokļa” fāzē. Ja laika simetrija ir salauzta, gredzenam laika gaitā vajadzētu mainīties. Citiem vārdiem sakot, pagrieziet. Protams, nav iespējams iegūt šīs kustības enerģiju, jo tas ir pretrunā ar enerģijas nezūdamības likumu.
Šī visa ir teorija. Praksē šīs idejas īstenošana ir grūtāka. Bērklija zinātnieki pirms vairākiem gadiem paziņoja par nodomu izveidot jonu gredzenu un pārbaudīt laika kristāla hipotēzes pamatotību. Viņi plānoja injicēt simtiem kalcija jonu nelielā kamerā. Šai kamerai jābūt ieskautai ar elektrodiem un jāieslēdz strāva. Iegūtais elektriskais lauks ļauj jonus iedzīt aptuveni 100 mikronu biezā kamerā. Pēc tam ir nepieciešams “kalibrēt” daļiņas, lai izlīdzinātu lauku. Joni, atgrūžot viens otru, veidotu kristālisku gredzenu, kas vienmērīgi sadalīts gar kameras ārējo malu.
Tiek pieņemts, ka šādā slazdā esošie joni būs satraukti, bet ar lāzera palīdzību tie kinētiskā enerģija pakāpeniski tiks samazināts. Saskaņā ar plānu sistēmas temperatūra jāsamazina līdz 1 miljardajai grāda virs nulles. Pēc tam, kad sistēma ir sasniegusi pamatstāvokli, zinātnieki plānoja ieslēgt statisko magnētisko lauku. Šim laukam, ja laika kristāla hipotēze ir pareiza, vajadzēja izraisīt jonu rotāciju. Pēc tam, kad joni noteiktā laika periodā atgriezās sākuma punktā, zinātnieki fiksēja laika simetrijas pārkāpumu.
Monro gāja līdzīgu ceļu, tikai lai izveidotu gredzenu, viņš izmantoja iterbija jonus, nevis kālija jonus. Idejas īstenošanas grūtības rada tas, ka nav iespējams paredzēt daļiņas esamību noteiktā laikā noteiktā vietā. Tiesa, pateicoties Andersona lokalizācijai, šim noteikumam ir izņēmums, ko var izmantot. Andersona lokalizācija ir parādība, kas rodas, viļņiem izplatoties vidē ar telpisku neviendabīgumu un sastāv no tā, ka neviendabīgumu daudzkārtējas izkliedes un izkliedēto viļņu iejaukšanās dēļ ceļojošo viļņu izplatīšanās kļūst neiespējama; svārstības iegūst stāvoša viļņa raksturu, koncentrēts (lokalizēts) ierobežotā telpas zonā.
Salīdzinoši nesen fiziķi ir pētījuši kvantu daļiņu grupas, kas mijiedarbojas viena ar otru tā, ka šī mijiedarbība liek tām lokalizēties. Monro varēja izmantot šī pētījuma rezultātus, lai piespiestu iterbija jonus noteiktos laikos noteiktās pozīcijās. Rezultātā tika izveidots laika kristāls, un Monro komanda tādējādi pierādīja iespēju pārkāpt laika simetriju. Pētot pagaidu kristāla īpašības, atklājās, ka būtiskas jonu ierosmes frekvences izmaiņas izraisa kristāla “kušanu”. Pēc zinātnieku domām, pagaidu kristāla izveide paver plašas iespējas kvantu skaitļošanai. Piemēram, uzticamu kvantu atmiņu var izveidot, pamatojoties uz pagaidu kristāliem.
Tiesa, Monro un kolēģu darbam vēl nepieciešama pārbaude. Citas fiziķu komandas plāno pārbaudīt laika kristāla efekta būtību, atkārtojot eksperimentu. Ja tas izdosies, tad Frenka Vilčeka hipotēze kļūs par teoriju, un kvantu fizika saņems stimulu tālākai attīstībai.
2012. gadā Nobela prēmijas laureāts fizikā Frenks Vilčeks ierosināja jauna veida kristāla esamību. Lai gan lielākajai daļai kristālu ir struktūra, kas atkārtojas divās vai trīs dimensijās, Vilčeks ieviesa kristāla jēdzienu, kura struktūra atkārtojas četras reizes: trīs no tām atbilst telpas dimensijām, bet ceturtā - laika dimensijai. Viņš nosauca šo hipotētisko struktūru par "laika kristālu", un tikai pagājušajā gadā zinātnieki varēja izdomāt, kā tos sintezēt laboratorijā.
Laika kristāli
Nesen publicētie pētījumi ir parādījuši, ka bēdīgi slavenie laika kristāli pastāv ne tikai kā zinātnieku laboratorijas darba produkts. Izrādījās, ka līdzīgas struktūras var veidoties arī dabiskajā vidē, turklāt pats process ir daudz vienkāršāks, nekā to iedomājās speciālisti. Tas ir liels cilvēces panākums: Vilčeka kristālus var izmantot praktiskiem nolūkiem, piemēram, lai izveidotu īpaši precīzus atompulksteņus, jaunās paaudzes žiroskopus un citas ierīces.
Laika kristāli uzrāda ļoti dīvainu darbību, ja tie tiek pakļauti tiem elektromagnētiskie viļņi. Šādā kristālā visas molekulas griežas noteiktā virzienā, un ar katru jaunu EM impulsu tas mainās. Bet pat tad, ja impulsi ir nejauši, griešanās virziens joprojām mainās ar regulāriem intervāliem, tāpēc laika kristālus var izmantot kā laika intervālu mērītāju, tas ir, kā universālu pulksteni.
"To var izdarīt pat bērns"
Pagājušajā gadā pētnieki izdomāja, kā šos kristālus izveidot laboratorijā, izmantojot diezgan sarežģītu tehniku, kas ietver lāzeru novirzīšanu uz iterbija atomu kopu. Tomēr jauns Jēlas universitātes fiziķu darbs ir pierādījis, ka laika kristālu sintezēšana ir tik vienkārša, ka bērns to varētu burtiski izdarīt. Viņi atklāja, ka parastajos monoamonija fosfāta kristālos veidojās pagaidu kristāli, ko bieži izmanto komplektos. jaunais ķīmiķis"un citas izglītojošas rotaļlietas, pateicoties kurām mājās var izaudzēt skaistu kristālu. Teorētiski katrā šādā struktūrā varētu būt paslēpti Vilčeka kristāli. Pētījuma autors Šons Barets atzīmē, ka tas ir izdevīgi fiziķiem, jo, jo lētāks un vienkāršāks process, jo vieglāk to pētīt. Tagad viņiem ir sīki jāsaprot laika kristālu sintēzes mehānisms un precīzi jānosaka, kā tos var izmantot tehnoloģiskā progresa labā.
Nesen grupa Amerikāņu fiziķi spēja uzbūvēt tā saukto “laika kristālu” – struktūru, kuras pastāvēšanas iespējamība tika prognozēta jau sen.
Kristāla iezīme ir spēja periodiski kļūt asimetriskam ne tikai telpā, bet arī laikā. Tāpēc no tā var izgatavot īpaši precīzu hronometru.
Kristāli parasti ir ļoti paradoksāli veidojumi. Ņemiet, piemēram, viņu attiecības ar simetriju: kā mēs zinām, pats kristāls, spriežot pēc tā izskats, var uzskatīt vienkārši par telpiskās simetrijas piemēru. Tomēr kristalizācijas process nav nekas vairāk kā tā ļaunprātīgs pārkāpums.
To ļoti labi ilustrē piemērs par kristālu veidošanos šķīdumā, piemēram, dažu sāļu šķīdumā. Ja analizēsim šo procesu no paša sākuma, būs skaidrs, ka pašā šķīdumā daļiņas atrodas haotiski un visa sistēma ir minimāla. enerģijas līmenis. Tomēr mijiedarbība starp daļiņām ir simetriska attiecībā uz rotācijām un tulkojumiem. Tomēr pēc šķidruma kristalizācijas rodas stāvoklis, kurā abas šīs simetrijas tiek izjauktas.
Tādējādi mēs varam secināt, ka daļiņu mijiedarbība iegūtajā kristālā nepavisam nav simetriska. No tā izriet vairākas svarīgas kristālu īpašības - piemēram, šīs struktūras, atšķirībā no šķidruma vai gāzes, dažādos virzienos vada elektrisko strāvu vai siltumu atšķirīgi (tās var vadīt uz ziemeļiem, bet ne uz dienvidiem). Fizikā šo īpašību sauc par anizotropiju. Šo kristālisko anizotropiju cilvēki jau sen izmanto dažādās nozarēs, piemēram, elektronikā.
Vēl viena interesanta kristālu īpašība ir tā, ka tā kā sistēma vienmēr ir minimālā enerģijas līmenī. Interesantākais ir tas, ka tas ir daudz zemāks nekā, piemēram, šķīdumā, kas “dzemdēja” kristālu. Var teikt, ka, lai iegūtu šīs struktūras, ir nepieciešams “atņemt” enerģiju no sākotnējā substrāta.
Tātad kristāla veidošanās laikā sistēmas enerģijas līmenis samazinās un sākotnējā telpiskā simetrija tiek salauzta. Un pirms neilga laika divi ASV fiziķi Al Šapirs un Frenks Vilčeks (starp citu, Nobela prēmijas laureāts) prātoja, vai ir iespējams tā sauktā “četrdimensiju” kristāla eksistence, kurā tiek pārkāpta simetrija. notiktu ne tikai telpā, bet arī laikā.
Izmantojot sarežģītus matemātiskos aprēķinus, zinātnieki varēja pierādīt, ka tas ir pilnīgi iespējams. Rezultāts ir sistēma, kas pastāv kā īsts kristāls minimālā enerģijas līmenī. Bet pats interesantākais ir tas, ka noteiktu periodisku struktūru veidošanās dēļ nevis telpā, bet gan laikā tas nonāktu asimetriskā gala stāvoklī. Darba autori šādu sistēmu nosauca ļoti svinīgi - “laika kristāls”.
Pēc kāda laika eksperimentālo fiziķu grupa Kalifornijas Universitātes (ASV) profesora Džana Sjan vadībā nolēma izveidot šādu sistēmu nevis uz papīra, bet gan realitātē. Zinātnieki izveidoja berilija jonu mākoni un pēc tam to "bloķēja" apļveida elektromagnētiskajā laukā. Tā kā līdzīgi lādētu jonu elektrostatiskā atgrūšanās viens no otra liek tiem vienmērīgi sadalīties pa apli, pētnieki būtībā izveidoja gāzveida kristālu. Un, lai gan lauka raksturlielumi nemainījās, sistēmas stāvoklim teorētiski arī nevajadzēja mainīties.
Tajā pašā laikā aprēķini un pēc tam novērojumi parādīja, ka šis ļoti jonu gredzens nebūs nekustīgs. Gāzveida kristāls pastāvīgi griezās, un jonu mijiedarbība dažreiz bija simetriska, dažreiz nē. Tas viss tika novērots pat tad, kad kristāls tika atdzesēts līdz gandrīz absolūtai nullei. Tādējādi šī struktūra patiesi ir “laika kristāls”: tai piemīt periodiskuma un asimetrijas īpašības gan telpā, gan laikā.
Interesanti, ka profesora Džan grupas konstruētais lēni rotējošais jonu gredzens ir licis daudziem nespeciālistiem to asociēt ar mūžīgo kustību mašīnu. Protams, gāzes kristāls izskatās pēc perpetum mobile, bet patiesībā tā nav. Galu galā šī sistēma nevar veikt nekādu darbu, jo visas tās sastāvdaļas ir vienā enerģijas līmenī (turklāt minimālā līmenī). Un saskaņā ar otro termodinamikas likumu darbs ir iespējams tikai sistēmā, kuras sastāvdaļas ir vismaz divi enerģijas līmeņi.
Tajā pašā laikā tas nebūt nenozīmē, ka “laika kristālu” nevar izmantot praktiskām vajadzībām. Profesors Džans ir pārliecināts, ka uz tā bāzes iespējams uzbūvēt, piemēram, īpaši precīzu hronometru. Galu galā pārejai no simetrijas uz asimetriju ir izteikta periodiskums. Tikmēr profesors un viņa kolēģi vēlas iesaistīties sīkākā viņu radītās brīnišķīgās struktūras īpašību izpētē...
Frenks Vilčeks.
Jūnijā fiziķu komanda, kuru vadīja Bērklijas nanoinženieris Sjans Džans un Džana grupas fiziķis Tongčangs Li, ierosināja izveidot laika kristālus pastāvīgi rotējošu lādētu atomu vai jonu gredzenu veidā. (Lī ziņoja, ka viņš par to domājis pat pirms Vilčeka dokumentācijas izlasīšanas). Raksts publicēts kopā ar Vilceku tajā pašā žurnālā.
Kopš tā laika tikai viens kritiķis — Patriks Bruno, teorētiskais fiziķis Eiropas Sinhrotronu radiācijas fondā Francijā — ir izteicis zinātnisku domstarpību. Bruno uzskata, ka Vilčeks un viņa kolēģi kļūdaini identificē no laika atkarīgo objektu uzvedību ar ierosinātu enerģijas stāvokli, nevis pamata stāvokli. Nav pārsteidzoši redzēt objektus ar lieko enerģiju kustamies ciklā, kas palēninās, enerģijai izkliedējoties. Lai objektam kļūtu par laika kristālu, tā pamatstāvoklī jābūt pastāvīgai kustībai.
Bruno komentārs un Vilčeka atbilde parādījās žurnālā PRL 2013. gada martā. Bruno pierādīja, ka sistēmā, ko Vilčeks ierosināja kā kvantu laika kristāla hipotētisku piemēru, ir iespējams zemas enerģijas stāvoklis. Vilčeks atbildēja, ka, lai gan sniegtais piemērs nav laika kristāls, viņš neuzskata, ka kļūda "apšauba pamatjēdzienus".
“Es pierādīju, ka piemērs ir nepareizs. Bet man joprojām nav vispārēju pierādījumu. Čau".
Diez vai diskusijas beigsies teorētisku iemeslu dēļ. Trumpis ir eksperimentētāju rokās.
Starptautiska zinātnieku komanda Bērklija zinātnieku vadībā laboratorijā gatavo kompleksu, taču var paiet no "trīs gadiem līdz bezgalībai", pirms nonāks pie loģiskā secinājuma. Tas viss ir atkarīgs no neparedzētām tehniskām grūtībām vai finansējuma. Cerams, ka laika kristāli pārvedīs fiziku ārpus precīzas, bet kvantu mehānikas robežām un pavērs ceļu uz plašāku teoriju.
"Mani ļoti interesē, vai es varu dot ieguldījumu, sekojot Einšteina postulātiem," saka Lī. - "Viņš teica, ka kvantu mehānika ir nepilnīga."
Ilustrācija eksperimentam ar jonu gredzenu magnētiskajā slazdā.
Einšteina vispārējās relativitātes teorijā telpas un laika dimensijas ir savstarpēji saistītas – telpa-laiks. Bet kvantu mehānikā, kas ir atbildīga par vielu mijiedarbību subatomiskā līmenī, laiks tiek attēlots atšķirīgi - pēc Zakrževska domām, “satraucošs, estētiski nepatīkams”.
Dažādi jēdzieni laiks var būt viens no nesaderības iemesliem vispārējā teorija relativitāte un kvantu mehānika. Vismaz viens no šiem diviem elementiem ir jāmaina, lai būtu iespējama visaptveroša teorija. kvantu gravitācija. Tas ir viens no teorētiskās fizikas galvenajiem mērķiem. Kura laika izpratne būs pareiza?
Ja laika kristāli var izjaukt laika simetriju tādā pašā veidā, kā parastie kristāli lauž telpas simetriju, “tas norādītu, ka dabā šiem diviem daudzumiem, šķiet, ir simetriskas īpašības, un tāpēc tie ir unikāli atspoguļoti teorijā. nozīmē, kvantu mehānika ir nepilnīgs, un kvantu fiziķiem laiks un telpa būs jāuzskata par diviem viena auduma pavedieniem.
Bērklija komanda mēģinās izveidot laika kristālus, injicējot simtiem kalcija jonu nelielā kamerā, ko ieskauj elektrodi. Elektriskais lauks iespiedīs jonus 100 mikronu biezā slazdā, kas ir aptuveni cilvēka mata lielumā. Pēc tam zinātniekiem būs jākalibrē elektrodi, lai izlīdzinātu lauku. Tā kā lādiņi atgrūž, joni vienmērīgi izkliedēsies pa lamatas ārējo malu, veidojot kristālisku gredzenu.
Sākumā joni vibrēs ierosinātā stāvoklī, bet diožu lāzeri, tāpat kā tie, kas tiek izmantoti DVD atskaņotājos, samazinās to kinētisko enerģiju. Saskaņā ar komandas aprēķiniem, jonu gredzens sasniegs sākotnējo stāvokli, kad lāzeri atdzesēs jonus līdz vienai miljardajai daļai virs absolūtās nulles. Šī temperatūra ilgu laiku bija nesasniedzama slazdā esošo elektrodu sildīšanas dēļ, taču septembrī parādījās revolucionāra tehnoloģija, kas simtkārtīgi samazinās slazda termisko fonu. Tas ir tieši tas faktors, kas pētniekiem ir vajadzīgs.
Pēc tam pētnieki slazdā ieslēgs statisko magnētisko lauku, kas, saskaņā ar teoriju, liks joniem griezties (un uz nenoteiktu laiku). Ja viss noritēs pēc plāna, joni pēc noteikta laika intervāla atgriezīsies sākuma punktā, veidojot režģi, kas laika gaitā regulāri atkārtojas un pārtrauc laika simetriju.
Lai redzētu gredzena griešanos, zinātnieki pieskaras vienam no joniem ar lāzeru, efektīvi nostādot to elektroniskā stāvoklī, kas atšķiras no pārējiem 99 joniem. Izvēlētais jons paliks spilgts un parādīs savu jauno atrašanās vietu, bet pārējie tiks aptumšoti ar otro lāzeru.
Ja spilgtais jons cirkulē ar nemainīgu ātrumu, zinātnieki pirmo reizi parādīs, ka translācijas laika simetrija var tikt izjaukta.
"Tas faktiski mainīs mūsu izpratni," saka Lī. Bet vispirms mums jāpierāda, ka tas darbojas."
Kamēr eksperiments nebūs veiksmīgs, daudzi fiziķi paliks skeptiski.
"Personīgi es domāju, ka nav iespējams noteikt kustību pamata stāvoklī," saka Bruno. "Viņi var iespiest jonu gredzenu toroidālā slazdā un spēlēties ar tiem interesanta fizika, taču viņi neredzēs, ka viņu pulkstenis nepārtraukti tikšķ, kā viņi apgalvo.
Lai gan, kas zina, varbūt kvantu mehānika.
Kriss Monro strādāja ar līdzīga dizaina jonu slazdu (avots: Hartmuts Häffners)
2012. gadā Nobela prēmijas laureāts fizikā Frenks Vilčeks ierosināja neparastu ideju. Viņš ierosināja (un mēģināja pierādīt) "laika kristālu" pastāvēšanas iespējamību. Šādas struktūras, pēc fiziķa domām, saņem enerģiju savai kustībai no laika simetrijas defekta. Vaina, pēc Vilceka domām, ir īpaša mūžīgās kustības forma.
Paši kristāli ir ļoti neparastas struktūras. Piemēram, kristāliem (tiem, kuru kristāla režģim nav augstākā kubiskā simetrija) ir raksturīga anizotropijas īpašība. Kristālu anizotropija ir to fizikālo īpašību (elastīgo, mehānisko, termisko, elektrisko, magnētisko, optisko un citu) neviendabīgums dažādos virzienos.
Mūsdienu fiziķus interesē ne tikai kristālu anizotropija, bet arī to simetrija. Kas attiecas uz simetriju, tā izpaužas ne tikai to struktūrā un īpašībās reālā trīsdimensiju telpā, bet arī elektronu enerģijas spektra aprakstīšanā kristālā, analizējot rentgenstaru difrakcijas, neitronu difrakcijas un elektronu difrakcijas procesus kristālos. izmantojot abpusējo telpu utt. Attiecībā uz "laika kristāliem" zinātnieki ir norādījuši, ka kristāli ir simetriski laikā.
Vilčeks par šo iespējamo parādību runāja tālajā 2010. gadā: “Es turpināju domāt par kristālu klasifikāciju, un tad es domāju, ka mēs varētu domāt par laiku no šāda viedokļa. Tas ir, ja mēs domājam par kristāliem telpā, būtu loģiski iedomāties kristāla struktūras laikā. Kristālos atomi ieņem stabilu stāvokli režģī. Un tā kā stabili objekti laika gaitā paliek nemainīgi, pastāv iespēja, ka atomi laika gaitā var izveidot pastāvīgi atkārtotu režģi. Viņi atgriežas sākotnējā stāvoklī pēc diskrēta intervāla, pārtraucot laika simetriju. Ja kristāls nepatērē un neražo enerģiju, tad šādi pagaidu kristāli ir stabili, atrodoties "pamata stāvoklī". Tajā pašā laikā kristāla struktūrā notiek cikliskas izmaiņas, kuras no fizikas viedokļa var uzskatīt par mūžīgu kustību.
Daudzi fiziķi šaubījās par hipotēzes par laika kristālu pastāvēšanas iespējamību pamatotību. Bet tie zinātnieki, kuri to pieņēma, sāka meklēt veidus, kā pārbaudīt Vilčeka pieņēmuma pamatotību. Un viņi to atrada.
Kriss Monro no Merilendas Universitātes Koledžparkā pirmo reizi savā laboratorijā spēja izveidot laika kristālu. Viņa ideja bija izveidot kvantu sistēmu gredzenā sakārtotu jonu grupas formā. Kad gredzens atdziest, kā apgalvoja Monro (un citi zinātnieki pirms viņa), visas sistēmas enerģijas stāvoklis samazināsies līdz minimālajam līmenim. Citiem vārdiem sakot, šādos apstākļos sistēma nonāk “pamata stāvokļa” fāzē. Ja laika simetrija ir salauzta, gredzenam laika gaitā vajadzētu mainīties. Citiem vārdiem sakot, pagrieziet. Protams, nav iespējams iegūt šīs kustības enerģiju, jo tas ir pretrunā ar enerģijas nezūdamības likumu.
Šī visa ir teorija. Praksē šīs idejas īstenošana ir grūtāka. Bērklija zinātnieki pirms vairākiem gadiem paziņoja par nodomu izveidot jonu gredzenu un pārbaudīt laika kristāla hipotēzes pamatotību. Viņi plānoja injicēt simtiem kalcija jonu nelielā kamerā. Šai kamerai jābūt ieskautai ar elektrodiem un jāieslēdz strāva. Iegūtais elektriskais lauks ļauj jonus iedzīt aptuveni 100 mikronu biezā kamerā. Pēc tam ir nepieciešams “kalibrēt” daļiņas, lai izlīdzinātu lauku. Joni, atgrūžot viens otru, veidotu kristālisku gredzenu, kas vienmērīgi sadalīts gar kameras ārējo malu.
Tiek pieņemts, ka joni šādā slazdā būs ierosinātā stāvoklī, bet ar lāzera palīdzību to kinētiskā enerģija tiks pakāpeniski samazināta. Saskaņā ar plānu sistēmas temperatūra jāsamazina līdz 1 miljardajai grāda virs nulles. Pēc tam, kad sistēma ir sasniegusi pamatstāvokli, zinātnieki plānoja ieslēgt statisko magnētisko lauku. Šim laukam, ja laika kristāla hipotēze ir pareiza, vajadzēja izraisīt jonu rotāciju. Pēc tam, kad joni noteiktā laika periodā atgriezās sākuma punktā, zinātnieki fiksēja laika simetrijas pārkāpumu.
Monro gāja līdzīgu ceļu, tikai lai izveidotu gredzenu, viņš izmantoja iterbija jonus, nevis kālija jonus. Idejas īstenošanas grūtības rada tas, ka nav iespējams paredzēt daļiņas esamību noteiktā laikā noteiktā vietā. Tiesa, pateicoties Andersona lokalizācijai, šim noteikumam ir izņēmums, ko var izmantot. Andersona lokalizācija ir parādība, kas rodas, viļņiem izplatoties vidē ar telpisku neviendabīgumu un sastāv no tā, ka neviendabīgumu daudzkārtējas izkliedes un izkliedēto viļņu iejaukšanās dēļ ceļojošo viļņu izplatīšanās kļūst neiespējama; svārstības iegūst stāvoša viļņa raksturu, koncentrēts (lokalizēts) ierobežotā telpas zonā.
Salīdzinoši nesen fiziķi ir pētījuši kvantu daļiņu grupas, kas mijiedarbojas viena ar otru tā, ka šī mijiedarbība liek tām lokalizēties. Monro varēja izmantot šī pētījuma rezultātus, lai piespiestu iterbija jonus noteiktos laikos noteiktās pozīcijās. Rezultātā tika izveidots laika kristāls, un Monro komanda tādējādi pierādīja iespēju pārkāpt laika simetriju. Pētot pagaidu kristāla īpašības, atklājās, ka būtiskas jonu ierosmes frekvences izmaiņas izraisa kristāla “kušanu”. Pēc zinātnieku domām, pagaidu kristāla izveide paver plašas iespējas kvantu skaitļošanai. Piemēram, uzticamu kvantu atmiņu var izveidot, pamatojoties uz pagaidu kristāliem.
Tiesa, Monro un kolēģu darbam vēl nepieciešama pārbaude. Citas fiziķu komandas plāno pārbaudīt laika kristāla efekta būtību, atkārtojot eksperimentu. Ja tas izdosies, tad Frenka Vilčeka hipotēze kļūs par teoriju, un kvantu fizika saņems stimulu tālākai attīstībai.