"Çeviriler": Maddenin yeni bir durumu. Geçici kristaller nelerdir? "Zaman Kristalleri" Teorik Fizik Yorumlarını Hypersonguy tarafından çevirebilir

Chris Monroe benzer tasarım bir iyon tuzağı ile çalıştı (Kaynak: Hartmut Häffner)

2012 yılında Fizik Vilchek'te Nobel Ödülü Ödülü'nün ödüllendirilmesi sıradışı bir fikir sundu. "Zaman kristallerinin" varlığının olasılığını önerdi (ve kanıtlamaya çalıştı). Bu yapılar, fiziğe göre, zaman simetrisinde moladan hareketleri için enerji alırlar. Vilchek'e göre Rift, sonsuz bir hareket şeklidir.

Modern fizikçiler sadece kristallerin anizotropisi değil, aynı zamanda simetrileri de ilgileniyorlar. Simetriye gelince, sadece gerçek üç boyutlu uzayda yapılarında ve özelliklerinde değil, aynı zamanda kristal elektronların enerji spektrumunu, X-ışını kırınım işlemlerinin analizi, nötron kırınımı ve elektron kırınımı kullanarak Ters uzay, vb. "Zaman kristalleri" nin gelince, burada bilim adamları, kristallerin zaman içinde simetrik olduğunu önerdiler.

Wilchek, 2010 yılında bu olası fenomen hakkında konuştu: "Kristallerin sınıflandırılmasını sürekli düşündüm ve sonra bu bakış açısından uzay-zamanını hayal edebileceğinizi düşündüm. Yani, uzayda kristalleri düşünürsek, kristal yapıları zamanında sunmak mantıklı olacaktır. " Kristallerde, atomlar kafeste sabit bir pozisyonda bulunur. Ve istikrarlı nesneler zaman içinde değişmeden kaldığından, atomların zaman içinde sürekli tekrarlayan bir kafes oluşturabileceği olasılığı vardır. Başlangıç \u200b\u200bpozisyonunda, geçici simetriyi ihlal eden ayrık aralıklarla geri dönerler. Kristal tüketmez ve enerji üretmezse, bu tür geçici kristaller kararlıdır, "Ana durumda". Aynı zamanda, fizik açısından, sonsuz bir hareket olarak kabul edilebilecek kristal yapıda döngüsel değişiklikler meydana gelir.

Birçok fizikçi, geçici kristallerin varlığı olasılığının hipotezinin özkaynakları hakkında şüpheleri vardır. Ancak kabul eden bu bilim adamları, Wilchek'in varsayımlarının adaletini doğrulamanın yollarını aramaya başladı. Ve bulundu.

College-Park'ta Maryland Üniversitesi'nden Chris Monroe, laboratuarında geçici bir kristal oluşturmak için ilk defa oldu. Fikri, bir grup iyon grubu şeklinde bir kuantum sistemi oluşturmaktı. Yüzüğü soğutulduğunda, Monroe (ve diğer bilim adamları) göre, tüm sistemin enerji durumu minimum seviyeye düşer. Başka bir deyişle, bu tür koşullarda, sistem "Ana Devlet" aşamasına gider. Geçici simetri bozulursa, halka zamanla değişmelidir. Başka bir deyişle, döndürün. Tabii ki, bu hareketin enerjisini çıkarmak imkansızdır, çünkü bu enerjinin korunumu yasasına aykırıdır.

Bütün bunlar teoridir. Uygulamada, bu fikri uygulamak daha zordur. İyonlardan bir halka oluşturma niyetinde ve birkaç yıl önce geçici kristallerin hipotezinin adaletini kontrol etme, Berkeley'deki bilim adamları bildirdi. Yüzlerce kalsiyum iyonunu küçük bir odaya sokmayı planladılar. Bu kameranın elektrotlarla çevrili olması ve akımı açması gerekir. Elde edilen elektrik alanı, iyonları hazneye yaklaşık 100 mikron kalınlığa sahip olmasını sağlar. Bundan sonra, seviye hizalaması için parçacıkları "kalibre etmek" için gereklidir. Birbirinden uzaklaştıran iyonlar, odanın dış kenarında düzgün bir şekilde trolling ile bir kristal halkası oluştururdu.

Böyle bir tuzaktaki iyonların heyecanlı bir durumda olacağı varsayılmaktadır, ancak bir lazer yardımı ile kinetik enerjileri yavaş yavaş kesilecektir. Plana göre, sistemin sıcaklığı sıfırın üstünde 1 milyar derece getirilmelidir. Sistem yer durumuna ulaştıktan sonra, bilim adamları statik bir manyetik alan içermeyi planladılar. Bu alan, geçici kristallerin hipotezi doğruysa, iyonları döndürmeye zorlaması gerekiyordu. İyonların belirli bir süre içerisinde başlangıç \u200b\u200bnoktasına getirilmesinden sonra, bilim adamları geçici simetrinin ihlalini kaydettiler.

Monroe benzer şekilde, sadece halkanın oluşturulması için, potasyum iyonları değil, Ytterbia iyonları kullandı. Fikrin uygulanmasındaki karmaşıklık, bir parçacıkın belirli bir zamanda varlığının varlığını tahmin etmek mümkün olmadığıdır. Doğru, Anderson Locationization sayesinde bu kuralda kullanılabilecek bir istisna var. Anderson Lokalizasyonu, dalgaların mekansal heterojenliklerle bir ortamda yayılmasından kaynaklanan ve dağınık dalgaların heterojenliğine ve paraziti nedeniyle çoklu saçılma nedeniyle kapsamlı dalgaların çoğaltılması imkansız hale geldiği gerçeğinden oluşan bir fenomendir; Salınımlar, sınırlı bir alanda konsantre edilmiş (lokalize) duran dalga konsantre (lokalize) doğasını edinir.

Nispeten yakın zamanlarda, fizik, bu etkileşimin onları yerelleştirmeye zorlayıcıları böyle bir şekilde birbirleriyle etkileşime giren kuantum parçacıklarının gruplarını inceledi. Monroe, bu araştırmanın sonuçlarını belirli bir zamanda belirli yerleri almak için zorlamak için bu araştırmanın sonuçlarını kullanabildi. Sonuç olarak, geçici bir kristal oluşturuldu ve Monro ekibi, bir zaman simetri bozukluklarının olasılığını kanıtladı. Geçici kristalin özelliklerini incelerken, iyonların uyarılması sıklığında önemli bir değişikliğin kristalin "eriymesine" neden olduğu ortaya çıktı. Bilim insanlarına göre, geçici bir kristal oluşturulması, kuantum bilgisayarlama için geniş fırsatlar açılıyor. Örneğin, geçici kristaller temelinde, güvenilir bir kuantum belleği oluşturabilirsiniz.

Doğru, Monro ve meslektaşlarının çalışmaları hala doğrulama gerektiriyor. Diğer fizikçi ekipleri, geçici kristallerin etkisinin niteliğini kontrol etmeyi planlıyor, deneyi tekrarlayan. Eğer başarılı olursa, Frank Wilchek'in hipotezi teori haline gelecek ve kuantum fiziğinin daha fazla gelişme için bir teşvik alacak.

2012 yılında Fizik Fizikteki Nobel Ödülü Ödülü'nün ödülü, yeni bir kristalin varlığını önerdi. Kristallerin çoğu, iki veya üç boyutta tekrarlayan bir yapıya sahip olsa da, Willchkov, yapısı dört kez yeniden üretilen kristal kavramını sundu: Üçü, alanın ölçümlerine ve dördüncü zaman ölçümüne karşılık gelir. Bir "zaman kristalinin" bu varsayımsal yapısını aradı ve sadece geçen yıl, bilim adamları onları laboratuvar koşullarında nasıl sentezleneceklerini öğrenmeyi başardılar.

Zamanın kristalleri

Son zamanlarda yayınlanan çalışmalar, ünlü zaman kristallerinin sadece bilim adamlarının laboratuvar faaliyetlerinin bir ürünü olarak bulunduğunu göstermiştir. Bu tür yapıların doğal bir ortamda oluşturulabileceği ortaya çıktı, süreci hayal edilen uzmanlardan çok daha kolay. İnsanlık için, bu büyük bir şanstır: Willchek Kristalleri, örneğin ultra şekilli atom saatleri, yeni nesil Gyros ve diğer cihazlar oluşturmak için pratik amaçlar için kullanılabilir.

Zaman kristalleri, elektromanyetik dalgaların etkisi altında çok garip bir aktivite göstermektedir. Böyle bir kristalde, tüm moleküller belirli bir yönde döner ve her yeni UM impulluğuyla değişir. Ancak, darbeler sistematik olmayan karakter olsa bile, zaman kristallerinin zaman aralıklarının bir ölçüsü olarak kullanılabileceği, yani evrensel saat olarak, zaman kristallerinin kullanılabileceği sayesinde dönme yönü düzenli aralıklarla hala değişiyor.

"Bir çocuk bile yapabilir"

Geçen yıl araştırmacılar, lazerlerin bir dizi ytterbium atomu için lazerlerin nokta maruz kalması da dahil olmak üzere oldukça karmaşık bir teknik kullanarak bu kristallerin nasıl oluşturulacağını öğrendiler. Bununla birlikte, Yale Üniversitesi'nden gelen fizikçilerin yeni çalışmaları, zaman kristallerinin sentezinin çocuğun tam anlamıyla bunu yapabileceği kadar basit olduğunu kanıtladı. "Genç kimyager" setleri ve diğer eğitim oyuncaklarında kullanılan sıradan monoamonyum fosfat kristalleri içerisinde geçici kristallerin oluşturulduğunu buldular, bu da evde güzel bir kristal yetiştirebilirsiniz. Teorik olarak, her bir yapıda, Wilchek kristalleri gizlenebilir. Çalışmanın yazarı olan Sean Barret, sadece fizikçiler için elinde olduğunu, çünkü daha ucuz ve daha kolay sürecin çalışması daha kolaydır. Artık tüm detaylarda zaman kristallerinin sentezi mekanizması ile uğraşmaları ve teknolojik ilerlemenin faydası için tam olarak nasıl kullanılabileceklerini belirlemeliler.

Son zamanlarda, bir grup Amerikan fizikçisi, "zaman kristali" olarak adlandırılan "zaman kristali" olarak inşa edebiliyordu - olasılığı uzun süre tahmin edildi.

Kristalin bir özelliği, periyodik olarak sadece uzayda değil, zamanında da asimetrik hale gelme yeteneğidir. Bu nedenle, ondan bir üst kronometre yapabilirsiniz.

Kristaller genellikle çok paradoksal eğitimdir. En azından simetri ile olan ilişkilerini alın: Bildiğimiz gibi, kristalin kendisi görünüşüne göre yargılamak, sadece bir mekansal simetrasyon örneği olarak kabul edilebilir. Ancak, kristalleşme süreci kötü niyetli ihlallerinden başka bir şey değildir.

Bu çok iyi, örneğin bazı tuzlar, çözeltideki kristallerin oluşumunun bir örneğini göstermektedir. Bu işlemi en başından beri analiz ederseniz, parçacıkların çözeltisinde kaotik olduğu ve tüm sistem minimum enerji seviyesinde olduğu görülecektir. Bununla birlikte, parçacıklar arasındaki etkileşimler dönüş ve vardiyalar hakkında simetriktir. Bununla birlikte, sıvı kristalleştirildikten sonra, bu simetrilerin her ikisinin de rahatsız edildiği ortaya çıkan bir durum ortaya çıkıyor.

bir şekilde, ortaya çıkan kristaldeki parçacıklar arasındaki etkileşimin hiç simetrik olmadığı sonucuna varılabilir. Bundan, kristallerin en önemli özelliklerinden bir dizi vardır - örneğin, bu yapılar, sıvı veya gazın aksine, elektrik akımı veya farklı yönlerde ısı ile farklı şekilde gerçekleştirilir (kuzeye taşınabilir ve naugh) - Hayır). Fizikte, bu özelliğin anizotropi denir. Bu kristalin anizotropi uzun zamandır çeşitli endüstrilerdeki bir kişi tarafından, örneğin elektronik olarak kullanılmıştır.

Kristallerin bir başka ilginç özelliği, bir sistem olarak olmasıdır, her zaman minimum enerji seviyesindedir. En meraklı olan nedir, örneğin, "doğuran" bir çözümden çok daha düşüktür. Bu yapıları elde etmek için, enerjiyi kaynak substrattan "çıkarmanız" gerektiği söylenebilir.

Bu nedenle, kristal oluştuğunda, sistemin enerji seviyesi ve ilk mekansal simetrinin ihlali meydana gelir. Çok uzun zaman önce, ABD'den iki fizik, Al Scharer ve Frank Wilchek (bu arada, Nobel Laureate), "Dört Boyutlu" kristalin varlığının mümkün olduğu, burada simetri bozulmanın olduğu durumlarda sadece uzayda değil, aynı zamanda zamanında olmadı.

Karmaşık matematiksel hesaplamalar yardımıyla, bilim adamları bunun oldukça mümkün olduğunu kanıtlayabildiler. Sonuç olarak, asgari enerji seviyesindeki gerçek bir kristalin yanı sıra mevcut bir sistem elde edildi. Ancak en ilginç olan şey, uzayda olmayan belirli periyodik yapıların oluşumundan kaynaklanması ve zaman içinde asimetrik bir son devleti gelmesidir. İşin yazarları, böyle bir sistemi çok ciddiyetle denir - "zaman kristali".

Bir süre sonra, California Üniversitesi'nden (ABD) Profesör Zhang Xian tarafından yönetilen bir grup deneyci fizikçisi, artık kağıt üzerinde değil, böyle bir sistem oluşturmaya karar verdi. Bilim adamları, berilyum iyonlarının bulutunu yarattılar, sonra dairesel bir elektromanyetik alanda "kilitlendi". Eşit derecede yüklü iyonların elektrostatik itmeden bu yana, onları eşit bir şekilde bir dairede dağıtılmalarını sağlar, araştırmacılar, aslında gaz halinde kristal edinir. Alan özellikleri değişken iken, sistemin durumu, teoride de değişmemelidir.

Aynı zamanda, hesaplamalar ve ardından gözlemler bunun en iyon halkasının sabitlenmeyeceğini gösterdi. Kristal gaz halkı sürekli dönüyordu ve iyonların etkileşimi simetrikti, sonra hayır. Bütün bunlar, kristal neredeyse mutlak sıfıra soğutulduğunda bile gözlendi. Böylece, bu yapı gerçekten bir "zaman kristali "dir: frekansın ve asimetrenin özelliklerini hem uzayda hem de zamanda gösterir.

Bir grup Profesör Zhana tarafından tasarlanan dönen iyon halkasının, birçok uzmanlığın ebedi motorla ilişkilendirmesine neden olmacının merakıdır. Tabii ki, gaz kristali Perpetum Mobile gibi görünüyor, ama aslında bu değil. Sonuçta, bu sistem herhangi bir iş yapamaz, çünkü tüm bileşenleri bir enerji seviyesinde (asgari). Ve termodinamik ikinci yasasına göre, sadece iki enerji seviyesinde asgari bir sistem oluşturan sistemde çalışma mümkündür.

Aynı zamanda, bu, "zaman kristalinin" pratik ihtiyaçlar için kullanılamayacağı anlamına gelmez. Profesör Zhang, örneğin, yüksek sıcaklıktaki bir kronometre inşa edilebileceğine inandırıldı. Sonuçta, simetriden asimetriye geçişi belirgin bir periyodikliğe sahiptir. Bu arada, Profesör ve meslektaşları, onlar tarafından yaratılan harika yapının özellikleri hakkında daha ayrıntılı bir inceleme yapmak istiyor ...

Frank Vilchek.

Haziran ayında, Berkeley'den bir nano-mühendis olan Xiang Zhana'nın liderliği altında bir fizikçi olan ve Grup Zhana'dan fizik, yüklü atomların veya iyonların sürekli dönen halkaları biçiminde kristaller oluşturmayı teklif etti. (Lee, Wilcheka belgelerini okumadan önce düşündüğünü bildirdi). Makale aynı dergide Vilchekovskaya ile yayınlandı.

O zamandan beri, Fransa'daki Senkrotron Radyasyonunun Avrupa Vakfı'ndan fizikçi bir teorisyen olan sadece bir eleştirel - Patrick Bruno - bilimsel biçimde anlaşmazlık ifade etti. Bruno, Vilchek'in ve meslektaşlarının yanlışlıkla, nesnelerin zamana bağlı davranışlarını heyecanlı bir enerji koşulu olan ve ana olanı tanımladığına inanıyor. Enerji saçılma olarak hareket halinde yavaşlama ile aşırı enerji hareketi olan nesnelerde şaşırtıcı bir şey yoktur. Bir zaman kristali olmak için, nesnenin ana halde sonsuz bir harekete sahip olması gerekir.

Bruno'nun yorumu ve Vilchek'in cevabı Mart 2013'te PRL dergisinde ortaya çıktı. Bruno, Wilchek tarafından önerilen sistemde düşük enerji durumunun, bir kuantum kristalinin varsayımsal bir örneği olarak mümkün olduğunu gösterdi. Wilchek, yukarıdaki örneğin bir zaman kristal olmamasına rağmen, bu hatanın "temel kavramları yerleştirdiğini" düşünmez.

"Örneğin yanlış olduğunu kanıtladım. Ama hala genel bir kanıtım yok. A kadar".

Sporlar teorik gerekçelerle neredeyse hiç bitmiştir. Trump kartı deneycilerin elindedir.

Berkeley bilim adamları tarafından yönetilen uluslararası bilim adamları grubu laboratuarda bir kompleks hazırlıyor, ancak mantıksal sonuca varmadan önce "üç yıldan sonsuza kadar" döneminde yapılabilir. Hepsi öngörülemeyen teknik zorluklara veya finansmana bağlıdır. Zaman kristallerinin fiziği tam ötesine, ancak kuantum mekaniğinin ötesine getireceği ve yolun daha yüksek teoriye geçeceği umulmaktadır.

"Einstein'ın postulatlarını takiben bir katkı yapıp yapamayacağımla ilgileniyorum" diyor. "Kuantum mekaniğinin eksik olduğunu söyledi."

Bir manyetik tuzakta iyon halkalı bir deneyin İllüstrasyon.

Einstein'ın genel göreliliği teorisinde, boşluk ve zamanın ölçümü bir araya getirilir - uzay-zaman. Ancak, Subatoman seviyesindeki maddelerin etkileşiminden sorumlu olan kuantum mekaniğinde, Zakrzhevsky'ye göre "endişeli, estetik açıdan tatsız", farklı şekilde temsil edilir.

Zamanla ilgili farklı kavramlar, genel görelilik teorisinin ve kuantum mekaniği teorisinin uyumsuzluğunun nedenlerinden biri olabilir. Bu iki elementten en az biri, kapsamlı bir kuantum yerçekimi teorisi oluşturmayı mümkün kılmak için değiştirilmelidir. Bu teorik fiziğin ana hedeflerinden biridir. Zaman anlayışından hangisi doğru olacak?

Zaman kristalleri, geleneksel kristaller ile aynı şekilde zamanın simetrisini bozabilseydi, "doğada bu iki değerin simetrik özelliklere sahip göründüğünü, yani teoriye kesin olarak yansıtılması gerektiği anlamına gelir. Kuantum mekaniğinin kusurlu olduğu ve kuantum fizikçilerinin zaman ve mekanı bir dokunun iki dişi olarak göz önünde bulundurmaları gerektiği anlamına gelir.

Berkeley ekibi, elektrotlarla çevrili, küçük bir odaya yüzlerce kalsiyum iyonunu tanıtarak zaman kristalleri oluşturmaya çalışacaktır. Elektrik alanı, iyonları yaklaşık 100 mikron kalınlığa, yaklaşık olarak insan saçı ile birlikte sürecektir. Bilim adamları, alanı hizalamak için elektrotları kalibre etmek zorunda kaldıktan sonra. Ücretler kovulduğundan, iyonlar tuzağın dış kenarı boyunca eşit bir şekilde dağıtılacak, kristalin bir halka oluşturur.

İlk olarak, iyonlar heyecanlandırılmış durumda titreşecek, ancak DVD oynatıcılarda kullanılanlar gibi diyot lazerleri kinetik enerjilerini kesecek. Grubun hesaplamalarına göre, lazerler iyonları mutlak sıfırın üzerinde bir milyar lisansa soğudayken iyon halkası temel duruma ulaşacaktır. Uzun süre boyunca böyle bir sıcaklık, tuzaktaki elektrotların ısıtılması nedeniyle elde edilemezdi, ancak eylül ayında, yüzlerce kez ısı tuzağını azaltacak devrimci bir teknoloji ortaya çıktı. Bu tam olarak araştırmacıların ihtiyaç duyduğu faktördür.

Araştırmacılar daha sonra bir tuzakta statik bir manyetik alan içerir, ki, eğer teorilere, teorilere, döndüğüne (ve sonsuzluğa) kuvvetlidir. Her şey plana göre giderse, iyonlar belirli bir zaman aralığından sonra başlangıç \u200b\u200bnoktasına geri döner, düzenli bir kafes tekrarlama süresi oluşturur ve geçici simetri ihlal eder.

Halkanın dönüşünü görmek için, bilim adamları bir lazerle iyonlardan biri tarafından dokunulur, etkili bir şekilde diğer 99 iyonları dışında başka bir elektronik duruma geçirir. Seçilen iyon aydınlık kalacak ve yeni konumu gösterecek, diğerleri ise ikinci lazerle atılacak.

Parlak bir iyon sürekli bir hıza dayanırsa, bilim adamları ilk önce çeviri zaman simetrisinin kırılabileceğini göstermektedir.

"Bu aslında anlayışımızı çevirir" diyor. Ama çalıştığını kanıtlamadan önce. "

Deney başarılı olmayacakken, birçok fizikçi şüpheci olacaktır.

Bruno, "Şahsen, ana devletteki hareketi tespit etmenin imkansız olduğunu düşünüyorum" diyor. "İyon halkasını bir toroidal tuzağa götürebilirler ve ilginç fizik için oynayabilirler, ancak izlemlerinin ilan ederken sürekli olarak işaretlendiğini görmeyecekler."

Her ne kadar kim bilen, belki de kuantum mekaniği.

Chris Monroe benzer tasarım bir iyon tuzağı ile çalıştı (Kaynak: Hartmut Häffner)

Kristallerin kendileri çok sıradışı yapılardır. Örneğin, kristaller (kristal kafesleri en yüksek kübik simetriye sahip olmayanlar), anizotropi içinde doğaldır. Kristallerin anizotropisi, çeşitli yönlerde fiziksel özelliklerinin (elastik, mekanik, termal, elektrikli, manyetik, optik ve diğerleri) heterojenliğidir.

Modern fizikçiler sadece kristallerin anizotropisi değil, aynı zamanda simetrileri de ilgileniyorlar. Simetriye gelince, sadece gerçek üç boyutlu uzayda yapılarında ve özelliklerinde değil, aynı zamanda kristal elektronların enerji spektrumunu, X-ışını kırınım işlemlerinin analizi, nötron kırınımı ve elektron kırınımı kullanarak Ters uzay, vb. "Zaman kristalleri" nin gelince, burada bilim adamları, kristallerin zaman içinde simetrik olduğunu önerdiler.