Odkrycia nowych kryształów czasowych
W przeciwieństwie do innych znanych przykładów, kryształ czasowy z fosforanu mono-amonowego powstał z materiału stałego o uporządkowanej strukturze fizycznej, czyli z tradycyjnego kryształu. Pozostałe materiały, z których jak do tej pory utworzono kryształy czasowe, były nieuporządkowane. Uczeni po raz pierwszy stworzyli kryształy czasowe w 2016 r. Jeden z nich powstał z obarczonego defektami diamentu, drugi zaś z wykorzystaniem łańcucha jonów iterbu.
Zwykłe kryształy, takie jak sól czy kwarc, są przykładami trójwymiarowych, uporządkowanych kryształów przestrzennych. Ich atomy układają się w powtarzający się system, o czym naukowcy wiedzą od dekad. Kryształy czasowe są inne. Ich atomy oscylują okresowo, najpierw w jednym kierunku, a potem w innym, wzbudzone przez pulsujące oddziaływanie magnetyczne (rezonans). Nazywane jest to "tykaniem".
Tykanie w krysztale czasowym zawiera się w określonej częstotliwości, nawet jeśli oddziałujące impulsy mają inny rezonans. Przykładowo, atomy w kryształach czasowych badanych w jednym z ubiegłorocznych eksperymentów obracały się z częstotliwością wynoszącą jedynie połowę częstotliwości pulsacji pola magnetycznego, które na nie oddziaływało.
Naukowcy twierdzą, że zrozumienie kryształów czasowych może doprowadzić do udoskonalenia zegarów atomowych, żyroskopów i magnetometrów, a także pomóc w tworzeniu technologii kwantowych. Amerykańska Agencja Zaawansowanych Projektów Badawczych w dziedzinie Obrony (DARPA) ogłosiła, że finansuje badania nad tym jednym z najdziwniejszych odkryć naukowych w ostatnich latach.
- Kryształy czasowe mogą mieć zastosowanie w pomiarach o najwyższej czułości i dokładności - powiedziała serwisowi Gizmodo kierownik programu DARPA, dr Rosa Alejanda Lukaszew. Jak dodała, szczegóły tych badań są niejawne. Można tylko wnioskować, że chodzi o zegary atomowe nowej generacji, bardziej poręczne i stabilne niż obecnie używane skomplikowane laboratoryjne instalacje. Jak wiadomo, czasomierze takie mają zastosowanie w wielu ważnych systemach wojskowych, w tym np. GPS.
Zanim kryształy czasowe odkryto w rzeczywistości, zostały wykoncypowane teoretycznie. Wymyślił je kilka lat temu amerykański noblista Frank Wilczek. W skrócie, w jego pomyśle chodzi o łamanie symetrii, tak jak to ma miejsce w przemianach fazowych. W teoretycznych kryształach czasowych symetria łamana byłaby jednak nie w trzech wymiarach przestrzennych, lecz i w czwartym - czasie. Kryształy czasowe w teorii Wilczka mają więc strukturę powtarzalną nie tylko przestrzennie, lecz i czasowo. Problem w tym, że zakłada to oscylację atomów w sieci krystalicznej, czyli ruch bez dostawy energii, co zostało przez fizyków uznane za niewykonalne i niemożliwe.
Wprawdzie takich kryształów, jakich chciał słynny teoretyk, wciąż nie znamy i pewnie nigdy nie poznamy, ale w 2016 r. fizycy z Uniwersytetu Maryland i Uniwersytetu Harvarda zbudowali "nieciągłe”" (lub dyskretne) kryształy czasowe. Są to układy atomów lub jonów, które wykazują kolektywny i cykliczny ruch, zachowując się jak nieznany dotąd nowy stan materii, odporny na niewielkie zakłócenia.
Choć nie tak niezwykłe, jak chciał prof. Wilczek, nowo odkrywane kryształy czasowe są wystarczająco interesujące, aby zainteresowały się nimi czynniki militarne. A to wydaje się już wystarczająco wymowne.
