Vědci stvořili časové krystaly a zároveň novou formu hmoty  
Dva vědecké týmy nezávisle na sobě a dost odlišnými postupy vytvořily dlouho očekávané časové krystaly.
Časový krystal z 1D řetězce atomů ytterbia. Kredit: Chris Monroe.
Časový krystal z 1D řetězce atomů ytterbia. Kredit: Chris Monroe.

Pro většinu lidí představují krystaly jiskřivé, čiré nebo rozmanitě barevné minerály, které mohou být velmi drahé anebo se alespoň pěkně vyjímají v domácí sbírce pozoruhodností. V takových krystalech se pravidelně opakuje jejich atomární struktura, důsledně uspořádaná v krystalické mřížce. Pak jsou ale ještě časové krystaly (anglicky time crystals, případně space-time crystals). Přitom není řeč o zajímavé rekvizitě ze superhrdinského komiksu – časovými krystaly se vážně zabývají fyzici.

 

Norman Yao (ten vespod). Kredit: Harvard University.
Norman Yao (ten vespod). Kredit: Harvard University.

Časové krystaly jsou takové struktury, které jsou periodické nejen v prostoru, ale i v čase. Je to vlastně rozšíření krystalu do čtvrté dimenze časoprostoru. Časové krystaly vymyslel poněkud extravagantní fyzik a nobelista Frank Wilczek z MIT. V roce 2012 přišel s tím, že by mohly existovat struktury, v nichž se odehrávají periodické oscilace ve stavu s nulovou energií. Jak už se to u takových bláznivých nápadů stává, časové krystaly si rychle našly vášnivé příznivce i zaryté odpůrce. V roce 2013 jsme na OSLU psali o tom, že se misky vah osudu naklonily v neprospěch časových krystalů a vypadalo to s nimi doopravdy zle. Nicméně, v roce 2016 se objevily dvě studie teoretických fyziků z Princetonu a Kalifornské univerzity v Santa Barbaře, které nezávisle na sobě potvrdily, že je teoreticky možné časové krystaly v podobě navrhované Wilczekem vytvořit. A od té doby to už jede jako po másle.

 

Frank Wilczek. Kredit: F. Wilczek.
Frank Wilczek. Kredit: F. Wilczek.

Před pár dny se ve významném online časopisu Physical Review Letters objevil článek, jehož autorem je Norman Yao z Kalifornské univerzity v Berkeley. Detailně v něm popisuje, jak časový krystal vyrobit, jak ho pak změřit, a jak bude vypadat. Nejlepší ovšem je, že nezůstalo jenom u teoretizování. Jak to u podobných převratných objevů bývá zvykem, Yao byl v kontaktu se dvěma nezávislými týmy fyziků a už před časem poslal jim rukopis svého článku s návodem na časové krystaly. A týmy z Marylandské univerzity a z Harvardu nezahálely. Přesto, že použily odlišné postupy, tak oba dva týmy nakonec úspěšně vytvořily časové krystaly, a s nimi i novou formu hmoty.

 

Ametyst sice ochrání proti opilosti, ale časový krystal to není. Kredit: Didier Descouens / Wikimedia Commons.
Ametyst sice ochrání proti opilosti, ale časový krystal to není. Kredit: Didier Descouens / Wikimedia Commons.

Badatelé z Marylandské univerzity vyrobili časové krystaly z řetězce deseti iontů ytterbia, jejichž spiny elektronů mezi sebou interagují – podobně jako systémy qubitů ve vyvíjených kvantových počítačích. Tým z Harvardu zase vytvořil časové krystaly z hustě uspořádaných nitrogen-vacancy center v diamantu. Tato centra vznikají nahrazením dvou atomů uhlíku z krystalové mřížky diamantu atomem dusíku (nitrogen) a prázdným místem (vacancy). Jestliže vědci vytvořili časové krystaly těmito v konkrétních detailech značně odlišnými postupy, tak to ukazuje, že časové krystaly nebudou jenom nějakou kuriozitou velmi specifických systémů, ale novou a plnohodnotnou fází hmoty. Pozorování vytvořených časových krystalů rovněž potvrdilo, že skutečně narušují symetrii posunutí v čase (time translation symmetry), jak bylo předpovězeno.


Nově vytvořené časové krystaly periodicky oscilují v čase, tak jak mají. Jsou tudíž hmatatelným příkladem doposud jen teoretické nerovnovážné (non-equilibrium) hmoty. Takový materiál je permanentně vykolejený z rovnováhy a nedokáže se ustálit ve stabilním uspořádání, v jakém jsou rovnovážné klasické materiály. Podle některých názorů by se časové krystaly a podobně nerovnovážné materiály mohly stát základem téměř dokonalých počítačových pamětí, které by nalezly využití ve kvantových počítačích zítřka. S časovými krystaly se teď určitě budeme potkávat častěji.

Video:  Quantum Physics and Universal Beauty - with Frank Wilczek


Literatura
University of California – Berkeley 26. 1. 2017, Physical Review Letters 118: 030401, Wikipedia (Space-time crystal).

Autor: Stanislav Mihulka
Datum: 29.01.2017
Tisk článku

Diamant -
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 699 Kč
cena: 622 Kč
Diamant

Související články:

Kvantová teleportace na rekordní vzdálenosti     Autor: Vladimír Wagner (20.06.2012)
Mohou existovat kvantové časové krystaly?     Autor: Stanislav Mihulka (24.08.2013)
Baterie z jaderného odpadu a diamantů vydrží 5 tisíc let     Autor: Stanislav Mihulka (04.12.2016)
Nejmenší a nejodolnější rádio světa funguje díky defektům v diamantu     Autor: Stanislav Mihulka (20.12.2016)



Diskuze:

aldebaran

Bluke .,2017-02-17 10:45:20

tu jest to popisane p.Kulhankom >>>
http://www.aldebaran.cz/bulletin/2017_07_tim.php

Odpovědět

entropie

Jiří Gutman,2017-01-30 22:48:53

Co na to říká entropie?

Odpovědět

Vizualizace

Viktor Kostohryz,2017-01-30 21:36:55

Prosákl už z vědeckých kruhů portrét tohoto materiálu? Celá představa je vyloženě matoucí...

Odpovědět

Hm

Gordon Freeman,2017-01-30 10:27:35

Pochopil jsem to tak, že krystaly oscilují mezi dvěma ekvilibrii. Teoreticky je jenom jeden ground state, ten s nejnižší energií. Tady jsou zřejmě tak blízko sebe, že se krystal nemůže rozhodnout, do kterého spadne a periodicky se vrací tam, kde byl. Jeho aktuální stav je tak závislý na čase a nemá time-translational symmetry.

Odpovědět

time translation symmetry

Bluke .,2017-01-30 09:13:20

neviem si to predstavit >> že skutečně narušují symetrii posunutí v čase "time translation symmetry"

Odpovědět


Re: time translation symmetry

Marek Dendes,2017-01-31 08:30:47

t-symetria je symetria ktora predpoveda ze akykolvek fyzikalny proces by mal byt schopny bezat bez zmeny aj ked obratis tok casu .. v pozorovetelnom vesmire sme zatial ale nic take nezistili, co je v celku zrejme pretoze by to bolo proti druhemu termodynamickemu zakonu (entropia - neusporiadanost izolovanych systemov vzdy v case narasta)

ak toto dobre chapem, tieto "casove krystaly" sa "same od seba" stale vracaju zo stavu s vyssou entropiou naspat do stavu s nizsou entrorpiou (to je ta oscilacia) a tak dokola .. oredstav si ceruzku co postavis na spicku, pustis - ona by zacala padat a naspat sa stavat na spicku sama od seba :-))))) samozrejme tento jav je kvantovy, na makroskopickej urovni sa nedeje takze ta ceruzka je len metafora, nebrat doslovne :)


neviem si vobec predstavit aky dopad by to malo na makroskopicke vlastnosti takeho materialu, ale kazdopadne je to extremne zaujima vec ...

Odpovědět


Re: Re: time translation symmetry

Bluke .,2017-01-31 09:04:18

Silne moc dakujem za "ludske" vysvetlenie

Odpovědět


Re: Re: time translation symmetry

Marcel Brokát,2017-02-01 11:06:32

1. Entropie NENÍ míra neuspořádanosti systému! (pokolikáté už???)
2. NENÍ pravda, že entropie izolovaných systémů v čase vždy narůstá, pouze se nemůže zmenšovat (to je úplně něco jiného !!!)
3. T symetrie NENÍ to co popisujete, T symetrie říká, že procesy budou probíhat v obráceném pořadí pokud se obrátí tok času a vektory rychlosti (takže zase úplně něco jiného než jste napsal :-( )

Odpovědět


Re: Re: Re: time translation symmetry

Marek Dendes,2017-02-01 15:08:44

ok, podme sa hrat zo slovickami a natahovat o detaily .. mojim cielom bolo podat velmi zjednousie aproximovane vysvetlenie pre ramcove pochopenie danej temy ..

ale ok:

1/ ano, velmi exaktne nieje, ale je to velmi rozsirenia interpretacia pouzivana v popularno-vedeckych kruhoch a nieje na nej nic v neporiadku

2/to je pravda, vypadlo mi to, samozrjeme chcel som napisat "vzdy narasta alebo ostava nezmenea" - pre ucely vysvetlenia je to ale uplne nepodstatny detail

3/ opat, za ucelom zjdnodusenia som vynechal detaily

"jendoduche" vysvetlenie ma byt jednoduche, nema byt vedecky exatkne presne, ma povolenen pouzivat aproximacie a vynechavat detaily ktore nie su dolezite pre celkove pochopenie problematiky ...

nakoniec nech Bluke napise ci mu vase upresnenai v niecom pomohli alebo nieco viac ujasnili :))))

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: time translation symmetry

Marcel Brokát,2017-02-01 15:24:44

ad 1) je na ní v nepořádku velmi mnoho, ale ok
ad 2) to je velmi velký rozdíl! neboť např Carnotův cykus má celkovou entropii nulovou, tedy konstantní a přitom se tam děje přesně to co popisujete s tou tužkou
ad 3) velký omyl - T symetrie se dá přirovnat k filmu puštěném pozpátku, tzn. reakce probíhají pozpátku, ne stejně...

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: time translation symmetry

Bluke .,2017-02-02 15:00:25

Srdečne Vám Ďakujem páni, myslím že Vaše znalosti prevyšujú tie moje, ale pokúsil som sa o prienik Vašich poznatkov s mojimi.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni


Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace