สองปีหลังจากความคิด นักวิทยาศาสตร์ตกผลึกเวลา เปิดพื้นที่ใหม่

'งานนี้ได้กล่าวถึงคำถามพื้นฐานที่สุดบางประการเกี่ยวกับธรรมชาติของสสาร'

ศ.ศิวะชี สนธิ

นักวิจัยสองกลุ่มจากมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดและมหาวิทยาลัยแมริแลนด์รายงานใน Nature เมื่อวันที่ 9 มีนาคม ว่าพวกเขาได้สร้าง 'ผลึกแห่งกาลเวลา' ขึ้นมา: สิ่งที่ดูเหมือนออกมาจากนิยายวิทยาศาสตร์โดยตรง โดยมีโครงสร้างที่อะตอมและโมเลกุลถูกจัดเรียงตามอวกาศและเวลา .

พื้นฐานทางทฤษฎีสำหรับการมีอยู่ของผลึกเวลาก่อตั้งขึ้นในปี 2015 โดย Prof Shivaji Sondhi นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่ Princeton นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Vedika Khemani (ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของทีม Harvard ที่ตีพิมพ์ใน Nature) และ Achilleas Lazarides และ Roderich Moessner ของสถาบันมักซ์พลังค์ ในเมืองเดรสเดน ประเทศเยอรมนี

ในการสัมภาษณ์ทางอีเมล ศาสตราจารย์ศิวาจิ สนธิ ได้อธิบายให้อนุราธะ มาสคาเรนเห็นถึงความสำคัญของการสร้างคลาสของคริสตัลที่ครั้งหนึ่งเคยคิดว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะสร้าง

คริสตัลเวลาคืออะไร? เหตุใดจึงสำคัญที่พวกเขาได้ถูกสร้างขึ้นมา?

ผลึกเวลาเป็นระบบที่บทบาทของช่องว่างในผลึกธรรมดาถูกแทนที่ด้วยเวลา ในผลึกธรรมดา อะตอมจำนวนมาก - โดยหลักการแล้วเป็นจำนวนอนันต์ - แสดงคาบในอวกาศ ในผลึกเวลา จะแสดงช่วงเวลาในเวลา ความสำคัญของพวกเขาอยู่ที่การแทนที่พื้นที่ตามเวลา ซึ่งเป็นสิ่งใหม่ โดยตระหนักถึงแนวคิดของ Nobelist Frank Wilczek แนวคิดของผลึกเวลาเกิดขึ้นที่ Wilczek ที่สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ในปี 1975 ในผลึกธรรมดา เช่น เกลือแกง อะตอมจะถูกจัดเรียงในรูปแบบที่ซ้ำกัน ปฏิกิริยาระหว่างอะตอมที่อยู่ใกล้เคียงกันทำให้ผลึกแข็งและป้องกันไม่ให้ละลายกลายเป็นไม่มีอะไรเลยแม้แต่น้อย ไม่ควรจะมีผลึกที่ทำลายสมมาตรของการแปลตามเวลาหรือไม่? อะตอมเคลื่อนที่ตามเวลา แต่แทนที่จะเคลื่อนที่ในลักษณะของไหลหรือต่อเนื่อง อะตอมจะเคลื่อนที่เป็นระยะๆ เป็นแนวคิดที่นำไปสู่การถกเถียงกันว่าคริสตัลดังกล่าวจะมีอยู่จริงหรือไม่

คริสตัลธรรมดาเทียบกับคริสตัลเวลา: นักวิจัยจากพรินซ์ตันให้ความเข้าใจเชิงทฤษฎีที่นำไปสู่การสร้างผลึกเวลาที่รายงานในธรรมชาติโดยนักวิจัยสองกลุ่ม ภาพ: Emily Edwards, University of Maryland ผ่านข่าวประชาสัมพันธ์ของ Princeton University

การค้นพบครั้งใหม่เปลี่ยนวิธีคิดเกี่ยวกับสสารอย่างไร

งานนี้กล่าวถึงคำถามพื้นฐานที่สุดบางประการเกี่ยวกับธรรมชาติของสสาร โดยปกติเราจะนึกถึงสสารในสภาวะสมดุล—จะคงอยู่อย่างไรเมื่อปล่อยทิ้งไว้โดยไม่มีใครแตะต้อง สิ่งที่สร้างขึ้นนั้นเกี่ยวข้องกับปฏิสัมพันธ์อย่างต่อเนื่องกับโลกภายนอก แต่เราพบว่าพวกเขาสามารถแสดงพฤติกรรมที่โดดเด่นมากซึ่งมีความแม่นยำทางคณิตศาสตร์ นี่เป็นสิ่งใหม่สำหรับระบบควอนตัม

คริสตัลเวลาถูกสร้างขึ้นมาอย่างไร? อะไรหลังจากการค้นพบนี้?

งานของเราได้ค้นพบฟิสิกส์ที่สำคัญของการทำงานของผลึกเวลา การค้นพบนี้สร้างขึ้นจากชุดของการพัฒนาที่เกี่ยวกับวิธีที่เราเข้าใจระบบที่ซับซ้อนทั้งในและนอกสมดุล ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการที่นักฟิสิกส์อธิบายธรรมชาติของโลกในชีวิตประจำวัน การทดลองทั้งสองนี้ใช้ความพยายามอย่างมากในทศวรรษที่ผ่านมา และอีกมากในการควบคุมระบบควอนตัมขนาดเล็ก ดังนั้นในขณะที่พวกเขาทำให้มันดูง่าย แต่ก็มีงานมากมายอยู่เบื้องหลัง เอกสารทั้งสองมีผู้เขียน 26 คนระหว่างพวกเขา! จากการศึกษาเชิงทฤษฎีเหล่านี้ ผู้ทดลองสองกลุ่มเริ่มพยายามสร้างผลึกเวลาในห้องปฏิบัติการ ทีมงานจากฮาร์วาร์ดใช้การตั้งค่าการทดลองที่เกี่ยวข้องกับการสร้างตาข่ายเทียมในเพชรสังเคราะห์ วิธีการอื่นที่มหาวิทยาลัยแมริแลนด์ใช้กลุ่มอนุภาคที่มีประจุที่เรียกว่าอิตเทอร์เบียมไอออน

ฉันคิดว่าเราจะได้เห็นขั้นตอนใหม่ๆ ของสสารที่เกิดจากงานทดลองประเภทนี้มากขึ้น พวกมันจะไม่ใช่ผลึกแห่งกาลเวลาทั้งหมด แต่พวกเขาจะแบ่งปันคุณสมบัติที่ไม่มีอยู่จริงหากปล่อยสสารไว้ตามลำพัง ในที่สุดพวกเขายังอาจช่วยปกป้องข้อมูลในอุปกรณ์ล้ำยุคที่เรียกว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัม

(แก้ไขข้อความที่ตัดตอนมาจากการสัมภาษณ์)

แบ่งปันกับเพื่อนของคุณ: