بلورات الزمن “مستحيلة” لكنها تخضع لفيزياء الكم

في تجربة جديدة ، ابتكر العلماء بلورتين زمنيتين داخل السائل الفائق ، وجعلوهما يتلامسان.

كان يُعتقد منذ فترة طويلة أن بلورات الزمن مستحيلة لأن حركتها الدائمة تبدو وكأنها تتحدى قوانين الفيزياء. ومع ذلك ، باستخدام فيزياء الكم لم يبتكر العلماء بلورات الوقت فحسب ، بل أظهروا الآن أيضًا أن لديهم القدرة على تشغيل الأجهزة المفيدة في المستقبل.

ابتكر العلماء أول نظام “بلوري زمني” يتكون من جسمين في تجربة يبدو أنها تحريف قوانين الفيزياء.

يأتي ذلك بعد أن شهد الفريق نفسه مؤخرًا أول تفاعل لمرحلة جديدة من الأمر.

كان يُعتقد منذ فترة طويلة أن بلورات الزمن مستحيلة لأنها مصنوعة من ذرات في حركة لا تنتهي أبدًا. الاكتشاف المنشور اليوم (2 يونيو 2022) في المجلة اتصالات الطبيعة، يوضح أنه لا يمكن إنشاء بلورات الوقت فحسب ، بل يمكن تحويلها إلى أجهزة مفيدة.

تختلف البلورات الزمنية عن البلورات القياسية – مثل المعادن أو الصخور – والتي تتكون من ذرات مرتبة في نمط متكرر بانتظام في الفضاء.

تم وضع النظرية لأول مرة في عام 2012 من قبل الحائز على جائزة نوبل فرانك ويلتشيك وتم تحديدها في عام 2016 ، تُظهر بلورات الوقت الخاصية الغريبة المتمثلة في كونها ثابتة ، وتكرار الحركة في الوقت المناسب على الرغم من عدم وجود مدخلات خارجية. تتأرجح ذراتهم باستمرار أو تدور أو تتحرك أولاً في اتجاه واحد ، ثم في الاتجاه الآخر.

قام الباحثون بتبريد السائل الفائق الهيليوم -3 إلى ما يقرب من الصفر المطلق (ناقص 273.15 درجة مئوية) داخل هذه الثلاجة الدوارة ، حيث تم إنشاء بلورات مرتين وجعلها في متناول اليد. حقوق الصورة: © Aalto University / Mikko Raskinen

أوضح الدكتور سامولي أوتي ، الزميل في EPSRC ، المؤلف الرئيسي من قسم الفيزياء بجامعة لانكستر: “يعلم الجميع أن آلات الحركة الدائمة مستحيلة. ومع ذلك ، في فيزياء الكم ، لا بأس بالحركة الدائمة طالما أننا نغلق أعيننا. من خلال التسلل عبر هذا الكراك يمكننا صنع بلورات الوقت “.

“اتضح أن وضع اثنين منهم معًا يعمل بشكل جميل ، حتى لو لم تكن بلورات الوقت موجودة في المقام الأول. ونحن نعلم بالفعل أنها موجودة أيضًا في درجة حرارة الغرفة “.

“النظام ذو المستويين” هو لبنة أساسية في الكمبيوتر الكمومي. يمكن استخدام بلورات الوقت لبناء أجهزة كمية تعمل في درجة حرارة الغرفة.

فريق دولي من الباحثين من جامعة لانكستر ورويال هولواي لندن ومعهد لانداو و جامعة آلتو في هلسنكي ، لاحظت بلورات الوقت باستخدام الهيليوم 3 وهو نظير نادر للهيليوم مع نيوترون واحد مفقود. أجريت التجربة في جامعة آلتو.

قاموا بتبريد السائل الفائق الهيليوم -3 إلى حوالي واحد على عشرة آلاف درجة من[{” attribute=””>absolute zero (0.0001K or -273.15°C). The researchers created two time crystals inside the superfluid, and brought them to touch. The scientists then watched the two time crystals interacting as described by quantum physics.

Reference: “Nonlinear two-level dynamics of quantum time crystals” 2 June 2022, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-022-30783-w