Zaman Kristalleri Oluşturuldu, Fizik Kanunları Askıya Alındı

{h1}

Bilim adamları termodinamiğin yasalarına meydan okuyan bir zaman kristali olarak bilinen egzotik bir madde formu yarattılar.

Editörün Notu: Bu yazı 11 Mart saat 20: 20'de güncellenmiştir.

Bir zaman kristali olarak bilinen tuhaf yeni bir madde durumu, neredeyse iki kere termodinamik yasalarını askıya alıyor gibi görünüyor, iki yeni deney öneriyor.

Zaman kristali esasen birbirinden uzak ama yine de birbirleriyle etkileşime giren bir atom veya iyon topluluğudur. Maddenin bu formu, sürekli olarak belirli bir frekansta "kenetlenmeye" devam eder, ısınmadan veya entropi yaratmadan, evrendeki her zaman artan doğal hal bozukluğunu yaratır. Zaman kristalleri kuantum etkilerden ya da küçük atom altı parçacıkların menülerini açıklayan garip kurallardan dolayı çalışır.

Yeni oluşturulan madde, süperiletkenler, kuantum-spin sıvılar ve süper sıvılar gibi bir dizi başka egzotik durumlara katılır.

Harvard Üniversitesi'nde teorik fizik yüksek lisans öğrencisi olan çalışma yazarı Soonwon Choi, “Maddenin yeni bir fazını bulduk” dedi. "Hala istikrarlı iken zamanda hareket eden bir şey." [Fizikte 18 En Büyük Çözümsüz Gizem]

Choi, maddenin yeni durumunun kendi içinde büyüleyici olmasına rağmen, bilgiyi kaybetmeyen kuantum bilgisayarların yolunu açabilir.

Zaman kristali

Fizikçi Frank Wilczek ilk olarak 2012'de Fiziksel İnceleme Mektupları dergisinde bir zaman kristali fikrini önermiştir. Bu çalışmada, zaman içinde temel bir simetri olan “zaman değişmezliğini” kendiliğinden bozan bir madde biçimi önermiştir. Şimdi bir şey yapmanın zaman değişmezliği kavramı, aynı şeyi yapmak gibi aynı sonucu üretecektir, örneğin, gelecekte 1 dakika (tüm diğer koşullar eşittir).

Bununla birlikte Wilczek'in kavrayışında, iyonlar veya atom altı parçacıklar gibi parçacıklar arasındaki kuantum etkileşimleri, bir kristalin uzayda tekrarlayan bir yapıya sahip olduğu gibi, zaman içinde sürekli olarak salınan bir madde durumu yaratabilir. Bu demektir ki, eğer madde 2 dakikalık bir süre ile salındığı takdirde, şimdi bu konuda bir şeyler yapmak, şimdi 1 dakika aynı şeyi yapmaktan farklı sonuçlar doğuracaktır. [Fotoğraflar: Laboratuarda Oluşturulan Egzotik Zaman Kristalleri]

Bunun ne anlama geldiğini anlamak için, bir ipi tutan ve zıplayan üçüncü bir kişi için sallanan iki kişinin hayal edin. Maddenin olağan hallerinde, ip her saniye bir daire yaparsa, kişi her saniye atlamalıdır. Ama bir zaman diliminde, jumper ayakları yere çarptığında her zaman ayaklarını kaldırıyormuş gibi, ve bir şekilde zaman tutuyor ve ipin içine dolanmıyor, dedi, çalışma yazarı eş-yazar Norman Yao, bir fizikçi Berkeley, Kaliforniya Üniversitesi'nde bu yılın başlarında zaman kristallerini test etmek için teorik bir çerçeve geliştirdi.

Daha yakın zamanlarda Wilczek'in fikri üzerine inşa edilen takip çalışmaları, termal dengede zaman kristallerinin bulunmadığını gösterdi. (Termodinamiğin temel bir ilkesi, temas halindeki iki nesnenin, sonunda sistemin sabit durumunda veya termal dengesinde aynı sıcaklıkta duracak olmasıdır.) Fakat kısa bir süre sonra, araştırmacılar zaman kristallerinin dinamik hallerde var olabileceğini gösterdi. Sistemler hızla değişiyor ve henüz termal dengeye ulaşmadı.

Bu yılın başlarında, Austin Üniversitesi'nden Texas Üniversitesi'nden fizikçi olan Andrew Potter ile Yao, meslektaşları, bir zaman kristalinin önemli imzalarını belirleyen kuramsal bir makale geliştirdiler. Bu kâğıt, böyle bir kristalin daha humdrum bir madde halini aldığında ve zaman kristallerinin varlığını kanıtlamak için deneysel bir yol ortaya koyduğunda ne olacağını tahmin etti. Bağımsız olarak, Choi ve meslektaşları zaman kristallerinin varlığını göstermek için bir yöntem geliştirdiler ve daha sonra laboratuvarda böyle bir kristal yaratmaya başladılar.

Süspansiyon termodinamiği

Nature dergisinde bugün (8 Mart) yayınlanan bir çift çalışmada, araştırmacılar zaman kristallerinin çok farklı sistemlerde var olabileceğini gösterdi.

Burada, nitrojen boşluk kusurları ile dolu bir elmas kullanarak bir zaman kristali oluşturmak için kurulum. Bu kusurlar, bir zaman kristali oluşturmak için lazer ışığı ile manipüle edilebilen küçük dönüşler gibi davranır.

Burada, nitrojen boşluk kusurları ile dolu bir elmas kullanarak bir zaman kristali oluşturmak için kurulum. Bu kusurlar, bir zaman kristali oluşturmak için lazer ışığı ile manipüle edilebilen küçük dönüşler gibi davranır.

Kredi: Georg Kucsko

Choi ve Harvard Üniversitesi'nde çalışan meslektaşları 1 milyon azot boşluğu renk merkezi ile dolu bir elmas kullandı; Bunlar, azot atomlarının karbon atomlarının yerini aldığı elmasın karbon kristal kafesindeki noktalar. Nitrojen karbondan daha küçük olduğu için, bu değişim kafesin içinde boş bir alan bırakır ve nitrojen ve boş alan, spinli küçük parçacıklarmış gibi birlikte hareket edebilir. (Boşluklar renk merkezleri olarak adlandırılır çünkü nitrojen atomları pırlantalarda renk üretir; bu durumda, pırlantalar bu kusurlarla doludur, siyah görünürler.)

Ekip, lazerler ve mikrodalga radyasyonu kullanarak, daha sonra periyodik olarak bu nitrojen boşluklarını attı, ki bunlar daha sonra kendilerine hedeflenen radyasyonun frekansının yarısı olan bir frekansla salındı ​​(sürüş frekansı denir).

Maryland Üniversitesine dayanan ikinci bir deneyde Potter, Yao ve arkadaşları lazer ışınları kullanarak 14 iyon ytterbiyum kapana kısıldılar ve sonra iyonların spinlerini sıkı odaklanmış lazer ışınları kullanarak manipüle ettiler. Yine, malzeme, sürüş frekansının yarısında salınan bir zaman kristali gibi davranır. Potter, deney süresince çok fazla enerjinin sisteme pompalanmasına rağmen ısınmadığını söyledi.Bu, termodinamik yasalarının deney süresince devreye girmediğinin bir işaretidir.

Örneğin, Harvard grubu mükemmel bir zaman kristali olmayan bir sistem kullandı, dedi Potter. Sistem fazla ısınmadı, ama yavaş yavaş ısı üretti.

Potter, WordsSideKick.com'a "Yeterince uzun süre koşmasına izin verirse, yavaş yavaş ölecek olan bu kurnaz varlığa bakıyorlar." Dedi.

Buna karşılık, Maryland Üniversitesi deneyinin süresiz olarak sürdürebilirdi, ancak bir maddenin durumunu neyin oluşturduğunu tanımlayan çok daha az sayıda atom kullandığını söyledi.

Ancak yeni bulgular, zaman kristalinin zaman içinde tekrarlanan özelliklerini sergilemek için ısı ve entropiden mükemmel şekilde izole edilmesine gerek olmadığını gösterdiğini belirtti. Bu, bu egzotik durumları üretmenin şaşırtıcı derecede kolay olabileceği anlamına geliyor, dedi.

Potter, bu deneyler hakkında gerçekten etkileyici olan şeyin, fizik yasalarını süresiz olarak askıya alma potansiyeline sahip olmaları olduğunu söyledi. Çömlekçi, hiç bir zaman oda sıcaklığına ulaşmayan bir fincan sıcak kahve gibi, "ekstra enerji sadece yerinde kalır ve sistem hiçbir zaman bir ısıya eşit olmaz" dedi.

Bununla birlikte, bu zaman kristallerinin kendi başına termodinamiğin temel yasalarını “kırmadıklarını” belirtmek önemlidir; Potter, koştukları sürece onları çıkardılar.

Potter, “Termodinamiğin, bu termal kararlı duruma ulaştığınız zaman, uzun vadeli davranışı tanımlaması beklenirdi, bu yüzden termal dengeye ulaşmadan önce kısa vadeli dinamikleri asla tanımlamaz” dedi.

Sistemi dinamik bir durumda tutarak, yeni deneyler konuyu, termodinamiğin normalde uygulanmayacağı bir rejimde tutuyor.

Editörün Notu: Bu makalede, termal dengede zaman kristallerinin bulunmadığını gösteren takip çalışmasının, Frank Wilczek'in Norman Yao'nun düşüncesine dayanmadığına dikkat çekildi.

Aslen Canlı Bilim'de yayınlandı.


Video Takviyesi: .




Araştırma


Çalınan Radyoaktif Malzeme: Iridyum-192 Nedir?
Çalınan Radyoaktif Malzeme: Iridyum-192 Nedir?

Ivmeölçerler: Neler Yapıyorlar Ve Nasıl Çalışıyorlar?
Ivmeölçerler: Neler Yapıyorlar Ve Nasıl Çalışıyorlar?

Bilim Haberleri


Hazır, Amaç, Patlama! Nasa Mühendisi Dünyanın En Büyük Süper Sağlayıcısı
Hazır, Amaç, Patlama! Nasa Mühendisi Dünyanın En Büyük Süper Sağlayıcısı

Cyborg Güç Motorunu 'Yaşayan Piller' Olarak Adlandırıyor
Cyborg Güç Motorunu 'Yaşayan Piller' Olarak Adlandırıyor

Neden Bir Yaban Arısı Sadece Bir Arıyı Yarıya Böldü (Ve Arka Ucuyla Solda)
Neden Bir Yaban Arısı Sadece Bir Arıyı Yarıya Böldü (Ve Arka Ucuyla Solda)

Daha Silahlı Devletler Daha Çok Homicides Var
Daha Silahlı Devletler Daha Çok Homicides Var

Conchs Kültürlü Inciler
Conchs Kültürlü Inciler


TR.WordsSideKick.com
Her Hakkı Saklıdır!
Herhangi Bir Malzemenin Çoğaltılabilir Sadece Siteye Aktif Linki Prostanovkoy TR.WordsSideKick.com

© 2005–2019 TR.WordsSideKick.com