Un nou tip teoretic de cristal al timpului ar putea rula fără ajutor extern

Un tip nou propus de cristal al timpului ar putea sta singur.

Cristalele de timp sunt structuri care se repetă în mod regulat în timp, la fel cum un cristal standard este compus din atomi aranjați într-un model care se repetă în mod regulat în spațiu. Oamenii de știință au creat pentru prima dată cristale de timp în 2016 (SN: 26/10/16). Dar acele cristale necesită explozii periodice de la un laser pentru a-și iniția comportamentul ritmic.

Acum, doi oameni de știință au schițat un plan teoretic pentru o nouă versiune a stării ciudate a materiei. Cristalul lor de timp ar persista fără nicio contribuție din partea lumii exterioare, relatează perechea în 22 noiembrie. Scrisori de revizuire fizică.

Propus pentru prima dată în 2012 de către fizicienii teoreticieni Frank Wilczek de la MIT și Alfred Shapere de la Universitatea din Kentucky din Lexington (SN: 2/16/12), ideea cristalelor de timp a fost inițial controversată. Cercetătorii au demonstrat curând o teoremă interzisă care afirmă că, în condiții tipice, cristalele de timp nu ar putea exista.

Dar spațiul de mișcare a rămas: două situații neincluse în teorema interzicerii au lăsat deschisă posibilitatea creării materialelor neobișnuite. O excepție au fost sistemele pentru care energia este introdusă din exterior, de exemplu, prin lasere. Acesta este ceea ce se numește în terminologia fizicii „conducerea” sistemului și așa au creat oamenii de știință cristalele din toate timpurile până acum (SN: 5/4/18).

Dar fizicienii teoreticieni Oleksandr Kyriienko de la Universitatea din Exeter din Anglia și Valerii Kozin de la Universitatea din Islanda din Reykjavik au vrut să proiecteze un cristal de timp autosusținut. „Am spus: „Nu vrem deloc să conducem sistemul”, spune Kyriienko.

Perechea a exploatat a doua excepție de la regula interzicerii – sisteme care implică interacțiuni foarte lungi, în care atomii sau alte particule mici separate de distanțe mari s-ar putea influența unul pe celălalt. Astfel de efecte pe rază lungă nu apar de obicei în natură: doi atomi de pe părțile opuse ale unei încăperi, în mod normal, nu exercită forțe unul asupra celuilalt, de exemplu.

Pe baza unor astfel de interacțiuni, cercetătorii au venit cu un nou scenariu de cristal de timp, constând dintr-o colecție de multe astfel de particule, fiecare cu un spin – o versiune cuantică a momentului unghiular. Interacțiunile dintre spinurile particulelor ar fi configurate astfel încât particulele apropiate și îndepărtate să se influențeze reciproc simultan, prin intermediul unor gimnastică cuantică nespecificată în laborator. Și particulele din cristalul timpului ar fi foarte încurcate unele cu altele, ceea ce înseamnă că împărtășesc legături cuantice care pot persista la distanțe mari (SN: 15/06/17).

În astfel de condiții, părți îndepărtate ale cristalului timp s-ar putea afecta reciproc. Rezultatul este că corelația dintre spinuri – indiferent dacă spinurile particulelor învecinate au fost aliniate sau nu – ar oscila la nesfârșit în timp într-un model regulat, producând un cristal de timp, spun cercetătorii.

Oamenii de știință au studiat în mod obișnuit sisteme de particule în care interacțiunile sunt pe distanță scurtă sau locale. Dar cercetătorii știu de mult că „se întâmplă ceva ciudat odată ce localitatea este încălcată”, spune fizicianul Haruki Watanabe de la Universitatea din Tokyo, unul dintre cercetătorii care au demonstrat teorema interzicerii. „Deci nu aș fi surprins de aceste tipuri de comportamente ale sistemelor de interacțiune pe distanță lungă”, spune el.

Dar nu este clar dacă astfel de sisteme ar putea fi create în laborator. Nu este o ispravă ușoară să produci interacțiuni pe distanță lungă între mai multe particule simultan. „Nu cred că este posibil să realizăm sistemul de interacțiune pe rază lungă pe care l-au propus”, spune Watanabe. Dar Shapere este optimist, sugerând că oamenii de știință ar putea folosi computere cuantice sau atomi reci pentru a crea cristalul de timp propus sau unul asemănător.

Când Wilczek și Shapere au venit pentru prima dată cu ideea cristalelor de timp, cei doi și-au imaginat un sistem care să funcționeze fără nicio intervenție externă. „Această lucrare ne aduce mult mai aproape de acea idee originală”, spune Shapere.