imazh1> Një atom Rydberg ka një elektron i cili është shumë larg bërthamës. Krediti: TU Wien
Nga: SciTechDaily.com (1) /the-crystal-that-can-bend-time/
Nga UNIVERSITETI I TEKNOLOGJISË I VJENËS 10 KORRIK 2024
Studiuesit kanë krijuar një gjendje jashtëzakonisht ekzotike të materies. Atomet e tij kanë një diametër njëqind herë më të madh se zakonisht.
Kristalet e kohës, të propozuara fillimisht nga laureati Nobel Frank Wilczek në vitin 2012, tani janë krijuar me sukses duke përdorur atomet e Rydbergut dhe dritën laserike në Universitetin Tsinghua në Kinë, me mbështetjen teorike të TU Wien në Austri. Kjo gjendje e re e materies nuk përsëritet në hapësirë si kristalet tradicionale, por me kalimin e kohës, duke shfaqur ritme periodike spontane pa një stimul të jashtëm, një fenomen i njohur si thyerja spontane e simetrisë.
Një kristal është një rregullim i atomeve që përsëritet në hapësirë, në intervale të rregullta: Në çdo pikë, kristali duket saktësisht i njëjtë. Në vitin 2012, fituesi i çmimit Nobel Frank Wilczek ngriti pyetjen: A mund të ketë edhe një kristal kohe – një objekt që përsëritet jo në hapësirë por në kohë? Dhe a mund të jetë e mundur që të shfaqet një ritëm periodik, edhe pse nuk i imponohet asnjë ritëm specifik sistemit dhe ndërveprimi mes grimcave është krejtësisht i pavarur nga koha?
Për vite me radhë, ideja e Frank Wilczek ka shkaktuar shumë polemika. Disa i konsideronin kristalet e kohës si të pamundura në parim, ndërsa të tjerë përpiqeshin të gjenin boshllëqe dhe të realizonin kristalet e kohës në kushte të caktuara të veçanta. Tani, një lloj kristali kohe veçanërisht spektakolar është krijuar me sukses në Universitetin Tsinghua në Kinë, me mbështetjen e TU Wien në Austri. Ekipi përdori dritën lazer dhe lloje shumë të veçanta atomesh, domethënë atomet e Rydbergut, me një diametër që është disa qindra herë më i madh se normalja. Rezultatet tani janë botuar në revistën Nature Physics.
Thyerja spontane e simetrisë
Gudulisja e një ore është gjithashtu një shembull i një lëvizjeje periodike temporale. Megjithatë, kjo nuk ndodh vetë: Dikush duhet ta ketë plagosur orën dhe ta ketë filluar atë në një kohë të caktuar. Kjo kohë e fillimit pastaj përcaktoi kohën e tik-tikave. Është ndryshe me një kristal kohe: sipas idesë së Wilczek, një periodicitet duhet të lindë spontanisht, edhe pse në fakt nuk ka asnjë ndryshim fizik midis pikave të ndryshme në kohë. “Frekuenca e tik-ut është e paracaktuar nga vetitë fizike të sistemit, por kohët në të cilat ndodh tik-u janë krejtësisht të rastësishme; Kjo njihet si thyerje spontane e simetrisë,” shpjegon prof. Thomas Pohl nga Instituti i Fizikës Teorike në TU Wien.
-imazh2> Një sistem statik me një hyrje të vazhdueshme të dritës çon në sinjale periodike të varura nga koha. Krediti: TU Wien
Thomas Pohl ishte në krye të pjesës teorike të punës kërkimore që tani ka çuar në zbulimin e një kristali kohor në Universitetin Tsinghua në Kinë: Drita laserike u shndrit në një enë qelqi të mbushur me një gaz të atomeve të rubidiumit. U mat forca e sinjalit të dritës që mbërriti në skajin tjetër të kontejnerit.
“Ky është në fakt një eksperiment statik në të cilin nuk i imponohet asnjë ritëm specifik sistemit,” thotë Thomas Pohl. “Ndërveprimet midis dritës dhe atomeve janë gjithmonë të njëjta, rrezja laserike ka një intensitet konstant. Por çuditërisht, rezultoi se intensiteti që arrin në skajin tjetër të qelizës së qelqit fillon të lëkundet në modele shumë të rregullta.”
Atome gjigante
Çelësi i eksperimentit ishte përgatitja e atomeve në një mënyrë të veçantë: Elektronet e një atomi mund të rrotullohen rreth bërthamës në rrugë të ndryshme, në varësi të asaj se sa energji kanë. Nëse energjia shtohet në elektron më të jashtëm të një atomi, distanca e tij nga bërthama atomike mund të bëhet shumë e madhe. Në raste ekstreme, ajo mund të jetë disa qindra herë më larg bërthamës se zakonisht. Në këtë mënyrë krijohen atome me një guaskë gjigande elektronesh – të ashtuquajturat atome të Rydbergut.
“Nëse atomet në kontejnerin tonë prej qelqi përgatiten në shtete të tilla të Rydbergut dhe diametri i tyre bëhet i madh, atëherë forcat midis këtyre atomeve bëhen gjithashtu shumë të mëdha,” shpjegon Thomas Pohl. “Dhe kjo nga ana e saj ndryshon mënyrën se si ata ndërveprojnë me laserin. Nëse zgjidhni dritën laserike në mënyrë të tillë që ajo të mund të emocionojë dy gjendje të ndryshme Rydberg në çdo atom në të njëjtën kohë, atëherë gjenerohet një loop feedback që shkakton oscilacione spontane midis dy gjendjeve atomike. Kjo nga ana e saj çon edhe në thithjen e dritës lëkundëse.” Të gjitha vetë, atomet gjigante pengohen në një ritëm të rregullt, dhe kjo rrahje përkthehet në ritmin e intensitetit të dritës që arrin në fund të enës prej qelqi.
“Ne kemi krijuar këtu një sistem të ri që ofron një platformë të fuqishme për të thelluar kuptueshmërinë tonë për fenomenin e kristalit të kohës në një mënyrë që i afrohet shumë idesë fillestare të Frank Wilczek,” thotë Thomas Pohl. “Lëkundjet e sakta dhe të vetë-mbështetura mund të përdoren për sensorët, për shembull. Atomet gjigante me shtetet e Rydbergut tashmë janë përdorur me sukses për teknika të tilla në kontekste të tjera.”
–
Referenca: “Kristali i kohës dissipative në një gaz Rydberg që bashkëvepron fort” nga Xiaoling Wu, Zhuqing Wang, Fan Yang, Ruochen Gao, Chao Liang, Meng Khoon Tey, Xiangliang Li, Thomas Pohl dhe Li You, 2 korrik 2024, Nature Physics.
DOI: 10.1038/s41567-024-02542-9
–
Nga> https://scitechdaily.com/the-crystal-that-can-bend-time/
Nga UNIVERSITETI I TEKNOLOGJISË I VJENËS 10 KORRIK 2024
Referime:
