Düzenli aralıklarla uzamsal olarak tekrar eden atomik bir desene kristal denir: Kristal her açıdan aynı görünür. Nobel ödüllü Frank Wilczek 2012 yılında bir zaman kristali olasılığını ortaya atmış ve kendilerini uzayda değil zamanda kopyalayan nesnelerin var olabileceğini öne sürmüştü. Sistemin herhangi bir dış ritme maruz kalmamasına ve parçacıkların etkileşimlerinin zamandan bağımsız olmasına rağmen periyodik bir ritmin gelişmesi düşünülebilir mi?
Frank Wilczek’in önerisi uzun süre tartışmalara neden olmuştur. Bazıları zaman kristallerinin teorik olarak imkansız olduğunu düşünürken, diğerleri belirli koşullar altında çalışmasını sağlamanın yollarını keşfetmeye çalıştı.
Şimdi, Avusturya’daki TU Wien’in yardımıyla, Çin’in Tsinghua Üniversitesi’nden araştırmacılar çok dikkat çekici bir zaman kristali türü yaratmayı başardılar.
Normalden birkaç yüz kat daha büyük olan Rydberg atomları ve lazer ışığı bilim insanları tarafından kullanıldı. Bulguları rapor eden yayın Nature Physics‘tir.
Bir saatin tik takları gibi zamansal olarak periyodik hareketlerin birçok örneği vardır. Bunun kendiliğinden meydana gelmesini imkansız kılan şey, saatin belirli bir zamanda sarılmış ve çalışmaya ayarlanmış olması gerektiğidir. Tik takların zamanlaması daha sonra bu başlangıç zamanı tarafından belirlenmiştir. Bir zaman kristali tüm farkı yaratır:
Zamandaki farklı noktalar arasında fiziksel bir fark yoktur, ancak Wilczek’in düşüncesine göre bir periyodikliğin kendiliğinden oluşması gerekir.
TU Wien Teorik Fizik Enstitüsü’nden Profesör Thomas Pohl, tik frekansının sistemin fiziksel parametreleri tarafından düzenlenirken, tikin gerçekleştiği anların tamamen rastgele olduğunu söylüyor. Bu olaya kendiliğinden simetri kırılması deniyor.
Bir zaman kristalinin geliştirilmesine yol açan teorik çalışma, Çin’in Tsinghua Üniversitesi’nde Pohl’un sorumluluğundaydı. Rubidyum atomlarından oluşan bir gaz içeren cam bir kap lazer ışığıyla aydınlatıldı. Kabın karşı ucuna ulaşan ışık sinyalinin yoğunluğunu ölçtük.
Pohl’a göre bu, sistemin belirli bir ritme tabi tutulmadığı statik bir deney. Lazer ışınının yoğunluğu sabit kalıyor ve atomlar ile ışık arasındaki etkileşimlerin doğası değişmiyor. Bununla birlikte, cam hücrenin karşı ucuna ulaşan yoğunluğun oldukça düzenli desenlerde salınmaya başladığı keşfedildi ki bu biraz şaşırtıcıydı.
Deneyin işe yaraması için atomların belirli bir şekilde hazırlanması gerekiyordu. Bir atomun elektronları, enerji seviyelerine bağlı olarak çekirdeğin yörüngesinde farklı şekillerde dönebilir. Bir atomun en dıştaki elektronu, kendisine daha fazla enerji uygulandığında çekirdekten uzaklaşabilir.
En uç örneklerde çekirdekten normalden yüzlerce kat daha uzak olma potansiyeline sahiptir. Rydberg atomları olarak bilinen ve devasa bir elektron kabuğuna sahip olan atomlar bu şekilde üretilir.
Cam kabımızdaki atomlar arasındaki kuvvetler de, Pohl’un tanımladığı gibi, bu tür Rydberg durumlarında hazırlanırlarsa ve çapları dramatik bir şekilde artarsa, aynı şekilde muazzam hale gelecektir.
Sonuç olarak, lazerle olan ilişkileri gelişir. İki atomik durum arasında kendiliğinden salınımlara neden olan bir geri besleme döngüsü yaratmak için, lazer ışığını her atomda iki farklı Rydberg durumunu aynı anda uyarabilecek şekilde seçmek gerekir. Salınımlı ışık emilimi bunun bir başka sonucudur.
Kendi hallerine bırakıldıklarında, devasa atomlar düzenli bir ritme yerleşir ve bu da cam kabın ucuna ulaşan ışık yoğunluğunun ritmine dönüşür.
Pohl, Frank Wilczek’in ilk konseptine benzer şekilde, zaman kristali fenomeni hakkındaki bilgilerimizi genişletmek için güçlü bir temel sunan yeni bir sistem geliştirdiklerini iddia ediyor.
Örneğin, sensörler hassas, kendi kendine devam eden salınımlardan faydalanabilir. Önceki ortamlarda, karşılaştırılabilir yöntemler Rydberg durumlarına sahip dev atomlarla etkili bir şekilde kullanılmıştır.
Kaynak: https://phys.org/news
