Hvordan man bygger en rumtidskrystal

For et par måneder siden så vi på begrebet tidskrystaller, en idé fremsat af den nobelprisvindende fysiker Frank Wilczek og hans ven Al Shapere.

Disse fyre undersøgte de grundlæggende egenskaber ved almindelige rumlige krystaller og spurgte, hvorfor lignende objekter ikke kunne eksistere i tidsdimensionen i stedet.

En af de grundlæggende egenskaber ved rumlige krystaller er, at de dannes, når et system falder til sin lavest mulige energitilstand. De er ikke resultatet af at tilføje energi til et system, men af ​​at tage det væk. Det hele.

En anden grundlæggende egenskab er, at når disse objekter når deres laveste energikonfiguration, nedbrydes deres symmetri. I stedet for at være ens i alle retninger, som fysikkens love, bliver disse objekter ens i kun få retninger. Det er denne symmetri-brydende og den periodiske struktur, den producerer, der definerer krystaller.

Wilczek og Shapere argumenterede overbevisende for, at der ikke er nogen grund til, at lignende periodiske strukturer ikke kunne eksistere i tide. Og de sagde, at det at finde dem ville give fysikere en ny måde at studere processen med symmetribrud og fysikkens love bag den.

Der var dog kun et problem. Disse fyre havde ikke fundet ud af, hvordan man bygger en tidskrystal.

Det ændrer sig i dag med arbejdet udført af Tongcang Li ved University of California, Berkeley og et par venner, der siger, at de har fundet ud af, hvordan man gør det. Disse fyre siger, at de ved, hvordan man skaber et objekt i dets laveste energitilstand, der viser periodisk struktur både i rum og tid - en rum-tid-krystal.

Deres idé er bemærkelsesværdig enkel. Deres rum-tid krystal består af en sky af beryllium-ioner fanget i et cirkulært elektromagnetisk felt. Ionerne frastøder hinanden naturligt og danner derfor spontant en cirkel. Det er en type rumlig ionisk krystal, noget fysikere har leget med i årevis.

Men hvis Wilczek og Shapere har ret, burde denne ring af ioner rotere, selv når den er afkølet næsten til det absolutte nul. En sådan roterende ring er periodisk både i rum og tid og bliver således en rum-tid-krystal.

Ideen om en permanent roterende ring kan have ubehagelige paralleller til en evighedsanordning. Men en rum-tid-krystal overtræder ikke nogen fysiske love. Det er fordi det eksisterer i sin laveste energitilstand og derfor ikke kan udføre arbejde – energi kan ikke udvindes fra dette system, selvom det bevæger sig.

Det er mere end blot en nysgerrighed. En grund til, at rum-tid-krystaller er interessante, er, at deres periodicitet i tid gør dem til naturlige ure. Så der burde være masser af mennesker med mere end en forbigående interessant at lave en.

Og det burde være før end senere. Tongcang og co's rum-tid-krystal burde være muligt at lave nu ved hjælp af avancerede ionfælder. De vil ikke have, at nogen stjæler en march på dem, så der er en god chance for, at Tongcang og co bygger en nu. Måske har de en rum-tid-krystal i deres laboratorium nu.

Hvis det er tilfældet, burde vi læse detaljerne om den første rumtidskrystal engang i de kommende dage og uger.

Ref: arxiv.org/abs/1206.4772 : Rum-tid krystaller af fangede tons

skjule