Enerji Tüketen İlk Zaman Kristali

Zaman kristali, ilk olarak Amerikalı fizikçi Frank Wilczek tarafından 2012’de tahmin edilen, maddenin benzersiz ve egzotik bir aşamasıdır.

Zaman kristalleri, daha geleneksel uzay kristallerinin zamansal analoglarıdır ve çünkü her ikisi de tekrar eden desenlerle bazı yapıları karakterize ederler.

Zaman Kristali Nedir?

Yoğun madde fiziğinde, bir zaman kristali, en düşük enerji durumu, parçacıkların tekrarlayan hareket halinde olduğu bir kuantum parçacık sistemidir. Sistem zaten kuantum temel durumunda olduğu için çevreye enerji kaybedemez ve duramaz. Bu nedenle parçacıkların hareketi diğer hareketler gibi kinetik enerjiyi gerçekten temsil etmez, “enerjisiz harekete” sahiptir. Zaman kristalleri ilk olarak teorik olarak 2012 yılında Frank Wilczek tarafından atomları uzayda periyodik olarak düzenlenen ortak kristallerin zamana dayalı bir analogu olarak önerildi. Birkaç farklı grup, periyodik olarak yönlendirilen sistemlerde kararlı periyodik evrime sahip maddeyi göstermiştir. Pratik kullanım açısından, zaman kristalleri bir gün kuantum hafızaları olarak kullanılabilir.

Uzay kristallerinin yaptığı gibi, üç boyutlu (3B) uzayda tekrarlayan desenler oluşturmak yerine, zaman kristalleri, belirli bir desende meydana gelen zaman içindeki değişikliklerle karakterize edilir.

Bazı araştırma ekipleri maddenin bu egzotik evrelerini gerçekleştirebilmiş olsa da, şimdiye kadar bu gerçekleşmeler sadece kapalı sistemler kullanılarak elde edildi.

Bu, zaman kristallerinin açık sistemlerde, dağılma ve uyumsuzluk varlığında gerçekleştirilip gerçekleştirilemeyeceği sorusunu gündeme getirdi.

Hamburg Üniversitesi Lazer Fiziği Enstitüsü’ndeki araştırmacılar, yakın zamanda ilk kez açık bir kuantum sisteminde bir zaman kristali gerçekleştirdiler.

Physical Review Letters’da yayınlanan makalelerinin, kuantum sistemlerinde maddenin egzotik fazlarının incelenmesinde katkısı olabileceği düşünülüyor.

Araştırmayı yürüten araştırmacılardan biri olan Hans Keßler, Phys.org’a verdiği demeçte, “Araştırmamızın temel amacı, özelliklerinin zaman içinde düzenli bir şekilde nasıl değiştiğiyle bilinen maddenin dinamik evrelerini araştırmak” dedi.

“Doktora çalışmalarım sırasında, meslektaşlarım ve ben homojen bir BEC’den kendi kendine sıralı bir süper radyan faza faz geçişini araştırdık ve sistemin bir kararlı durumdan diğerine bir söndürmede nasıl tepki verdiğini araştırıyorduk” dedi.

Hiçbir fiziksel durum doğuştan sabit olmadığından, Keßler ve meslektaşları tarafından yürütülen önceki araştırma için bir sonraki adım, maddenin dinamik evrelerini araştırmaktı. Bunlar esasen malzemelerin zamanla özelliklerini değiştirdiği geçişlerdir.

Araştırmacıların son çalışmasının temel amacı, laboratuvar ortamında tüketen bir zaman kristali gerçekleştirmekti. Bunu yapmak için, dar bantlı bir optik boşluğa güçlü bir şekilde bağlanmış bir kuantum çok cisim sistemi kullandılar.

“Rezonatörün içindeki ışık alanının ve çok gövdeli sistemin yoğunluğunun, sırasıyla boşluk bant genişliği ve tek bir fotonik geri tepmeye karşılık gelen frekans tarafından verilen aynı temel üzerinde geliştiği deneylerimiz için çok önemliydi.” Kessler açıkladı. “Bu durum atom-boşluk sistemimizde benzersizdir ve maddenin dinamik fazlarını inceleme olanağını açar.”

Kaynak:

1. hphys.org/news/2021-09-experimental-dissipative-crystal.html
2. https://en.wikipedia.org/wiki/Time_crystal