Kryształ czasu z gigantycznych atomów. Nowy stan materii stworzony przez naukowców

Badacze z Uniwersytetu Technicznego w Wiedniu wykorzystali niecodzienne struktury atomowe do stworzenia egzotycznego stanu materii. Kluczem okazały się atomy powiększone do niewyobrażalnych rozmiarów, setki razy większe od typowego atomu wodoru. To dzięki nim udało się uzyskać zjawisko od dekad fascynujące fizyków.

Czym właściwie są kryształy czasu?

Koncepcja powstała w głowie noblisty Franka Wilczka. W 2012 roku zasugerował istnienie struktur wykazujących regularność nie w przestrzeni, lecz w czasie. Najdziwniejszą cechą tych tworów jest ich samodzielność – cząstki zaczynają rytmicznie oscylować bez jakiegokolwiek zewnętrznego bodźca. Wyobraźcie sobie wahadło, które rusza się bez jakiegokolwiek nakręcania.

Czytaj także: Rewolucyjny kryształ czasu. Przełom, na który czekaliśmy od lat

Przez lata kryształy czasu istniały głównie w teorii. Dopiero niedawne eksperymenty potwierdziły, że są one tworem rzeczywistym. Co ciekawe, obserwowano je nawet w zaskakująco prostych układach.

Niezwykły surowiec. Atomy Rydberga

Te gigantyczne struktury atomowe powstają w ekstremalnych warunkach. Naukowcy schładzają zwykłe atomy niemal do zera absolutnego, a następnie bombardują je precyzyjnie dobranymi wiązkami lasera. Działanie fotonów odpycha elektron na odległość nieporównywalną z typowymi orbitami. Efekt? Atom rubidu osiąga rozmiary porównywalne z drobną kulą.

Właśnie te monstrualne rozmiary decydują o sukcesie eksperymentu. Przy takiej skali siły oddziaływania między atomami stają się niezwykle silne. Zespół z TU Wien potrzebował tylko jednej wiązki laserowej do manipulacji dwoma elektronami jednocześnie.

Statyczny eksperyment. Dynamiczny wynik

Najdziwniejsze w całym doświadczeniu było jego pozorne prostota. Jak podkreśla Thomas Pohl z zespołu badawczego, system nie otrzymywał żadnych rytmicznych impulsów. Intensywność światła laserowego pozostawała niezmienna.

Sekret tkwił w precyzyjnym doborze częstotliwości. Laser wzbudzał jednocześnie dwa różne stany Rydberga w każdym atomie. To wywołało nieoczekiwany efekt – pojawiła się samorzutna pętla sprzężenia zwrotnego. Atomy same zaczęły oscylować między stanami, tworząc uporządkowany wzór czasowy.

Mimo stałej mocy lasera, światło przechodzące przez komorę doświadczalną zaczęło pulsować w idealnie równych odstępach. Gigantyczne atomy przekształciły się w stabilny kryształ czasu. Trudno nie być pod wrażeniem takiego zjawiska, choć do praktycznego wykorzystania droga jeszcze daleka.

Co teraz?

Wiedeński eksperyment dostarcza narzędzia do badania ciągłych kryształów czasu. Precyzyjne, samopodtrzymujące się oscylacje mogą kiedyś znaleźć zastosowanie w ultraprecyzyjnych czujnikach. Atomy Rydberga zresztą już wcześniej sprawdzały się w podobnych zastosowaniach.

Czytaj także: Powstał rekordowy kryształ czasu. Dzięki tej strukturze istnieje dodatkowy wymiar

To niewątpliwie krok naprzód w rozumieniu kwantowych osobliwości. Fizycy zyskali nową platformę badawczą, bliższą pierwotnej koncepcji Wilczka niż poprzednie realizacje. Trzeba jednak przyznać, że od laboratorium do praktyki wiedzie długa droga – optymizm warto zachować, ale bez przesadnych oczekiwań. Kto wie, jakie jeszcze dziwne stany materii czekają na odkrycie?