A apărut "Cristalul Timpului": Fizicienii modifică timpul în interiorul unui diamant creând o nouă fază a materiei

Postat la: 18.03.2025 |

A apărut

Fizicienii de la Universitatea Washington au avansat în domeniul mecanicii cuantice prin crearea unei noi faze a materiei cunoscute sub denumirea de „cristale de timp" și a unor „quasicristale de timp" și mai avansate.

Aceste materiale revoluționare sfidează fizica tradițională prin menținerea unei mișcări perpetue și ar putea revoluționa calculul cuantic și cronometrarea de precizie, oferind o metodă stabilă, care economisește energie, de măsurare a timpului și de stocare a informațiilor cuantice.

Fizicienii de la Universitatea Washington din St. Louis (WashU) au creat un nou tip de cristal al timpului, o fază unică a materiei care sfidează înțelegerea convențională a mișcării și timpului.

Din echipa de cercetare fac parte Kater Murch, profesor de fizică Charles M. Hohenberg, și Chong Zu, profesor asistent de fizică, împreună cu studenții absolvenți Guanghui He, Ruotian „Reginald" Gong, Changyu Yao și Zhongyuan Liu. Printre colaboratorii suplimentari se numără Bingtian Ye de la Massachusetts Institute of Technology și Norman Yao de la Universitatea Harvard. Descoperirile lor au fost publicate pe 12 martie în Physical Review X, o revistă de top în domeniu.

Într-o discuție cu The Ampersand, Zu, He și Ye au împărtășit informații despre descoperirea lor și ce înseamnă aceasta pentru viitorul științei cuantice.

Fizicienii de la WashU folosesc un laser cu microunde într-o bucată de diamant pentru a crea un quasicristal temporal, o nouă fază a materiei care repetă modele precise în timp și spațiu. Credit: Laboratorul Chong Zu, Universitatea Washington din St.
Ce este un cristal al timpului?

Pentru a înțelege un cristal al timpului, este util să ne gândim la cristale familiare, cum ar fi diamantele sau cuarțul. Aceste minerale își datorează forma și strălucirea structurilor lor foarte bine organizate. Atomii de carbon dintr-un diamant interacționează între ei pentru a forma modele repetate, previzibile.

La fel cum atomii dintr-un cristal normal repetă modele în spațiu, particulele dintr-un cristal temporal repetă modele în timp, a explicat Zu. Cu alte cuvinte, ele vibrează sau „ticăie" la frecvențe constante, ceea ce le face cristalizate în patru dimensiuni: cele trei dimensiuni fizice plus dimensiunea timpului.

Cristalele de timp sunt ca un ceas care nu are nevoie niciodată de lichidare sau de baterii. „În teorie, ar trebui să fie capabil să meargă la nesfârșit", a spus Zu. În practică, cristalele de timp sunt fragile și sensibile la mediu. „Am reușit să observăm sute de cicluri în cristalele noastre înainte ca acestea să se strice, ceea ce este impresionant".

Cristalele de timp există de ceva vreme; primul a fost creat la Universitatea din Maryland în 2016. Echipa condusă de WashU a mers un pas mai departe pentru a construi ceva și mai incredibil: un quasicristal temporal. „Este o fază complet nouă a materiei", a spus Zu.

În știința materialelor, quasicristalele sunt substanțe descoperite recent care sunt foarte bine organizate, chiar dacă atomii lor nu urmează aceleași modele în fiecare dimensiune. În același mod, diferitele dimensiuni ale quasicristalelor temporale vibrează la frecvențe diferite, a explicat He, autorul principal al lucrării. Ritmurile sunt foarte precise și foarte organizate, dar seamănă mai mult cu un acord decât cu o singură notă. „Credem că suntem primul grup care a creat un adevărat quasicristal temporal", a spus He.

Echipa și-a construit quasicristalele în interiorul unei mici bucăți de diamant, de dimensiuni milimetrice. Apoi au bombardat diamantul cu fascicule de azot suficient de puternice pentru a elimina atomii de carbon, lăsând spații goale de dimensiunea unui atom. Electronii se deplasează în aceste spații, iar fiecare electron are interacțiuni la nivel cuantic cu vecinii săi. Zu și colegii săi au folosit o abordare similară pentru a construi un microscop cu diamante cuantice.

Cuasicristalele temporale sunt formate din mai mult de un milion de astfel de spații libere în diamant. Fiecare quasicristal are un diametru de aproximativ un micrometru (o miime de milimetru), ceea ce este prea mic pentru a fi văzut fără un microscop. „Am folosit impulsuri de microunde pentru a porni ritmurile în quasicristalele temporale", a spus Ye. „Microundele ajută la crearea ordinii în timp".

Simpla existență a cristalelor temporale și a quasicristalelor confirmă unele teorii de bază ale mecanicii cuantice, deci sunt utile în acest sens, a spus Zu. Dar ele ar putea avea și aplicații practice. Deoarece sunt sensibile la forțe cuantice precum magnetismul, cristalele timpului ar putea fi utilizate ca senzori cuantici de lungă durată care nu trebuie reîncărcați niciodată.

Cristalele de timp oferă, de asemenea, o cale inedită de măsurare precisă a timpului. Oscilatoarele cu cristal de cuarț din ceasuri și electronice au tendința de a devia și necesită calibrare. Un cristal de timp, în schimb, ar putea menține un tic-tac constant cu o pierdere minimă de energie. Un senzor cuasicristal temporal ar putea măsura simultan mai multe frecvențe, creând o imagine mai completă a duratei de viață a unui material cuantic. Mai întâi, cercetătorii ar trebui să înțeleagă mai bine cum să citească și să urmărească semnalul. Încă nu se poate spune cu precizie timpul cu un cristal al timpului; se poate doar să-l facă să ticăie.

Deoarece cristalele de timp pot, teoretic, să ticăie la nesfârșit fără să piardă energie, există un mare interes în valorificarea puterii lor pentru computerele cuantice. „Ele ar putea stoca memorie cuantică pe perioade lungi de timp, în esență ca un analog cuantic al RAM", a spus Zu. „Suntem departe de acest tip de tehnologie, dar crearea unui quasicristal temporal este un prim pas crucial".

loading...
DIN ACEEASI CATEGORIE...
PUTETI CITI SI...

A apărut "Cristalul Timpului": Fizicienii modifică timpul în interiorul unui diamant creând o nouă fază a materiei

Postat la: 18.03.2025 |

0

Fizicienii de la Universitatea Washington au avansat în domeniul mecanicii cuantice prin crearea unei noi faze a materiei cunoscute sub denumirea de „cristale de timp" și a unor „quasicristale de timp" și mai avansate.

Aceste materiale revoluționare sfidează fizica tradițională prin menținerea unei mișcări perpetue și ar putea revoluționa calculul cuantic și cronometrarea de precizie, oferind o metodă stabilă, care economisește energie, de măsurare a timpului și de stocare a informațiilor cuantice.

Fizicienii de la Universitatea Washington din St. Louis (WashU) au creat un nou tip de cristal al timpului, o fază unică a materiei care sfidează înțelegerea convențională a mișcării și timpului.

Din echipa de cercetare fac parte Kater Murch, profesor de fizică Charles M. Hohenberg, și Chong Zu, profesor asistent de fizică, împreună cu studenții absolvenți Guanghui He, Ruotian „Reginald" Gong, Changyu Yao și Zhongyuan Liu. Printre colaboratorii suplimentari se numără Bingtian Ye de la Massachusetts Institute of Technology și Norman Yao de la Universitatea Harvard. Descoperirile lor au fost publicate pe 12 martie în Physical Review X, o revistă de top în domeniu.

Într-o discuție cu The Ampersand, Zu, He și Ye au împărtășit informații despre descoperirea lor și ce înseamnă aceasta pentru viitorul științei cuantice.

Fizicienii de la WashU folosesc un laser cu microunde într-o bucată de diamant pentru a crea un quasicristal temporal, o nouă fază a materiei care repetă modele precise în timp și spațiu. Credit: Laboratorul Chong Zu, Universitatea Washington din St.
Ce este un cristal al timpului?

Pentru a înțelege un cristal al timpului, este util să ne gândim la cristale familiare, cum ar fi diamantele sau cuarțul. Aceste minerale își datorează forma și strălucirea structurilor lor foarte bine organizate. Atomii de carbon dintr-un diamant interacționează între ei pentru a forma modele repetate, previzibile.

La fel cum atomii dintr-un cristal normal repetă modele în spațiu, particulele dintr-un cristal temporal repetă modele în timp, a explicat Zu. Cu alte cuvinte, ele vibrează sau „ticăie" la frecvențe constante, ceea ce le face cristalizate în patru dimensiuni: cele trei dimensiuni fizice plus dimensiunea timpului.

Cristalele de timp sunt ca un ceas care nu are nevoie niciodată de lichidare sau de baterii. „În teorie, ar trebui să fie capabil să meargă la nesfârșit", a spus Zu. În practică, cristalele de timp sunt fragile și sensibile la mediu. „Am reușit să observăm sute de cicluri în cristalele noastre înainte ca acestea să se strice, ceea ce este impresionant".

Cristalele de timp există de ceva vreme; primul a fost creat la Universitatea din Maryland în 2016. Echipa condusă de WashU a mers un pas mai departe pentru a construi ceva și mai incredibil: un quasicristal temporal. „Este o fază complet nouă a materiei", a spus Zu.

În știința materialelor, quasicristalele sunt substanțe descoperite recent care sunt foarte bine organizate, chiar dacă atomii lor nu urmează aceleași modele în fiecare dimensiune. În același mod, diferitele dimensiuni ale quasicristalelor temporale vibrează la frecvențe diferite, a explicat He, autorul principal al lucrării. Ritmurile sunt foarte precise și foarte organizate, dar seamănă mai mult cu un acord decât cu o singură notă. „Credem că suntem primul grup care a creat un adevărat quasicristal temporal", a spus He.

Echipa și-a construit quasicristalele în interiorul unei mici bucăți de diamant, de dimensiuni milimetrice. Apoi au bombardat diamantul cu fascicule de azot suficient de puternice pentru a elimina atomii de carbon, lăsând spații goale de dimensiunea unui atom. Electronii se deplasează în aceste spații, iar fiecare electron are interacțiuni la nivel cuantic cu vecinii săi. Zu și colegii săi au folosit o abordare similară pentru a construi un microscop cu diamante cuantice.

Cuasicristalele temporale sunt formate din mai mult de un milion de astfel de spații libere în diamant. Fiecare quasicristal are un diametru de aproximativ un micrometru (o miime de milimetru), ceea ce este prea mic pentru a fi văzut fără un microscop. „Am folosit impulsuri de microunde pentru a porni ritmurile în quasicristalele temporale", a spus Ye. „Microundele ajută la crearea ordinii în timp".

Simpla existență a cristalelor temporale și a quasicristalelor confirmă unele teorii de bază ale mecanicii cuantice, deci sunt utile în acest sens, a spus Zu. Dar ele ar putea avea și aplicații practice. Deoarece sunt sensibile la forțe cuantice precum magnetismul, cristalele timpului ar putea fi utilizate ca senzori cuantici de lungă durată care nu trebuie reîncărcați niciodată.

Cristalele de timp oferă, de asemenea, o cale inedită de măsurare precisă a timpului. Oscilatoarele cu cristal de cuarț din ceasuri și electronice au tendința de a devia și necesită calibrare. Un cristal de timp, în schimb, ar putea menține un tic-tac constant cu o pierdere minimă de energie. Un senzor cuasicristal temporal ar putea măsura simultan mai multe frecvențe, creând o imagine mai completă a duratei de viață a unui material cuantic. Mai întâi, cercetătorii ar trebui să înțeleagă mai bine cum să citească și să urmărească semnalul. Încă nu se poate spune cu precizie timpul cu un cristal al timpului; se poate doar să-l facă să ticăie.

Deoarece cristalele de timp pot, teoretic, să ticăie la nesfârșit fără să piardă energie, există un mare interes în valorificarea puterii lor pentru computerele cuantice. „Ele ar putea stoca memorie cuantică pe perioade lungi de timp, în esență ca un analog cuantic al RAM", a spus Zu. „Suntem departe de acest tip de tehnologie, dar crearea unui quasicristal temporal este un prim pas crucial".

DIN ACEEASI CATEGORIE...
albeni
comentarii
Adauga un comentariu
Adauga comentariu

Nume*

Comentariu

Trimite

ULTIMA ORA



DIN CATEGORIE

  • TOP CITITE
  • TOP COMENTATE