فیزیکدانان کریستال زمان ساختند!

 مدت‌ها است که محققان حدس می‌زنند که کریستال زمان وجود دارد؛ فرم عجیبی که دارای ساختار اتمی تکرار شونده در فضا و زمان است. این ویژگی اجزای اتمی کریستال زمان در حرکتی ابدی بدون نیاز به انرژی قرار می‌دهد. حالا به صورت رسمی وجود آن تایید شده است.


محققان به تازگی گزارش از جزئیات نحوه ساخت واندازه‌گیری این کریستال عجیب ارائه کرده‌اند. تیمی از محققان دانشگاه برکلی در کالیفرنیا نقشه دقیق و یا جزییاتی از این کشف را ارائه کرده‌اند. این نقشه‌ها تاییدی است بر وجود یک فرم کاملا جدید از ماده. هر چند این کشف ممکن است کاملا انتزاعی به نظر برسد، اما آغازگرعصر کاملا جدیدی در فیزیک است. برای چندین دهه محققان در حال تحقیق روی موادی دارای موازنه بودند ( مثلا در مورد آب هموازه بین دو فاز مایع و بخار یک موازنه برقرار است ). اما پیش‌بینی شده بود که فرم‌های عجیبی از ماده وجود دارند که ما حتی برای یافتنشان جستجو نکرده‌ایم و حالا ما می‌دانیم این مواد مثل کریستال زمان غیر متوازن واقعیت دارند. حالا اما این واقعیت که ما نخستین ماده غیرمتوازن را داریم ممکن است منجر به پیشرفت مهمی در فهم ما از جهان اطرافمان و همین‌طور منجر به ساخت تکنولوژی‌هایی نظیر کامپیوتر کوانتومی شود.

« نورمان یائو» محقق ارشد از دانشگاه برکلی در کالیفرنیا می‌گوید:« این فاز جدیدی از ماده است. اما این ماده خیلی خوب است چون یکی از نخستین مثال‌ها از مواد غیر متوازن محسوب می‌شود». یائو ادامه می‌دهد:« برای نیم قرن اخیر ما به دنبال مواد متوازن مثل فلزات و عایق‌ها بودیم. اما حالا شروع به جستجوی عرصه جدیدی از مواد غیر متوازن کرده‌ایم».

بگذارید برای چند ثانیه به عقب برگردیم چون مفهوم کریستال زمان چندسالی هست که پدید آمده است. این مفهوم نخستین بار توسط فیزیک‌دان نظری « فرانک ویلژک» و برنده جایزه نوبل ۲۰۱۲ پیش‌بینی شد. او گفت که کریستال زمانی باید در پایین‌ترین انرژی ممکن که به انرژی پایه مشهور است باید دارای حرکت باشد. معمولا وقتی مواد در انرژی پایه هستند که به آن انرژی نقطه صفر گفته می‌شود، به لحاظ تئوری حرکت کردن نباید مقدور باشد، چون حرکت نیازمند انرژی است. اما ویلژک پیش‌بینی کرد که این حالت ممکن است واقعا در مورد کریستال زمانی صدق نکند.

کریستال‌های معمولی دارای ساختار اتمی هستند که در فضا تکرار می‌شود، درست مثل شبکه کربنی الماس. اما درست شبیه یاقوت و الماس، آن‌ها بی‌حرکت هستند چون در انرژی صفرمتوازن هستند. اما کریستال زمانی دارای ساختاری است که در زمان تکرار می‌شودو نوسان را در انرژی صفر حفظ می‌کند. برای تصور ژله را در نظر بگیرید که وقتی به آن ضربه می‌زنید به طور مداوم تکان می‌خورد. همین اتفاق در کریستال زمانی رخ می‌دهد، اما تفاوت اصلی این است که در کریستال زمانی برخلاف ژله حرکت بدون نیاز به انرژی اولیه رخ می‌دهد. کریستال زمانی شبیه یک ژله در حالت طبیعی است که به طور دائم در نوسان است و این ویژگی آن‌ را تبدیل به یک فرم جدید ماده یا مواد غیر متوازن می‌کند که قادر به حفظ وضعیتشان نیستند. اما نشان دادن این‌که کریستال‌های زمانی واقعا وجود دارند یک چیز است و درست کردنشان یک چیز دیگر که این مطالعه به این مسئله پاسخ داده است.

یائو و تیمش یک نقشه دقیق با جزئیات ارائه کرده‌اند، که شرح می‌دهد چطور می‌توان یک کریستال زمانی ساخت و ویژگی‌هایش را اندازه گرفت. همین‌طور این نقشه نشان می‌دهد که چه حالت‌هایی از ماده باید در اطراف کریستال زمانی وجود داشته باشد. این به این معنی است که آن‌ها معادل‌های جامد، مایع و گاز این فرم جدید از ماده را تعیین کرده‌اند. نتایج این مطالعه که در Physical Review Letters منتشر شده است را، یائو پلی بین فیزیک نظری و تجربی خوانده است. اما این فقط یک نقشه نیست و مطابق نقشه یائو حالا دو تیم مستق از دانشگاه هاروارد و مریلند دستورات این نقشه را برای ساخت کریستال زمانی اجرا کرده‌اند. نتایج کار هردوی این گروه‌ها در انتهای سال جاری مشخص می‌شود. ساخت این حالت از ماده منجر به تغییر نگرش ما نسبت به جهان اطرافمان می‌شوند، از جمله این‌که فرمی از ماده را می توان در انرژی صفر پدید آورد و این اتفاق نیاز به محرک اولیه ندارد.

در جستجوی رازهای پاد ماده چگونه گرانش کوانتومی درک ما از جهان را تغییر می دهد