การค้นพบคริสตัลแห่งกาลเวลาใหม่

สสารรูปแบบแปลก ๆ ที่เรียกว่าคริสตัลแห่งกาลเวลาได้ปรากฏขึ้นในสถานที่ใหม่สองแห่งเมื่อเร็วๆ นี้ นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างคริสตัลดังกล่าวในโมโนแอมโมเนียมฟอสเฟตตามรายงานใน Physical Review Letters ฉบับเดือนพฤษภาคม และอีกกลุ่มหนึ่งได้สร้างคริสตัลดังกล่าวขึ้นในสื่อของเหลวที่มีอนุภาครูปดาว เอกสารนี้ปรากฏใน Physical Review

ไม่เหมือนกับตัวอย่างอื่นๆ ที่เป็นที่รู้จัก คริสตัลเวลา จากโมโนแอมโมเนียมฟอสเฟตมันทำจากวัสดุแข็งที่มีโครงสร้างทางกายภาพที่เป็นระเบียบเช่น คริสตัลแบบดั้งเดิม วัสดุที่เหลือจากการที่ผลึกได้ถูกสร้างขึ้นมาจนถึงตอนนี้มีความผิดปกติ นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างผลึกเวลาขึ้นเป็นครั้งแรกในปี 2016 หนึ่งทำจากเพชรที่มีตำหนิ ส่วนอีกอันทำด้วยอิตเทอร์เบียมอิออน

ผลึกทั่วไป เช่น เกลือและควอตซ์เป็นตัวอย่างของผลึกเชิงพื้นที่สามมิติที่เรียงตามลำดับ อะตอมของพวกมันก่อให้เกิดระบบซ้ำซ้อนซึ่งนักวิทยาศาสตร์รู้จักมานานหลายทศวรรษ คริสตัลแห่งเวลานั้นแตกต่างกัน อะตอมของพวกมันสั่นสะเทือนเป็นระยะแรกในทิศทางหนึ่งแล้วไปอีกทิศทางหนึ่ง โดยตื่นเต้นด้วยแรงแม่เหล็กที่เต้นเป็นจังหวะ (เสียงสะท้อน) มันถูกเรียกว่า "ติ๊ก'

การฟ้องของผลึกเวลานั้นอยู่ภายในความถี่ที่แน่นอน แม้ว่าพัลส์ที่โต้ตอบกันจะมีเรโซแนนซ์ต่างกัน ตัวอย่างเช่น อะตอมในช่วงเวลาที่ผลึกศึกษาในการทดลองหนึ่งของปีที่แล้วหมุนด้วยความถี่เพียงครึ่งเดียวของความถี่ของการเต้นของสนามแม่เหล็กที่กระทำต่ออะตอม

นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าการทำความเข้าใจผลึกเวลาสามารถนำไปสู่การปรับปรุงนาฬิกาอะตอม ไจโรสโคป และเครื่องวัดความเข้มข้นของสนามแม่เหล็ก และช่วยสร้างเทคโนโลยีควอนตัม สำนักงานโครงการวิจัยขั้นสูงด้านการป้องกันประเทศของสหรัฐฯ (DARPA) ได้ประกาศเงินทุนสำหรับการวิจัยการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ที่แปลกประหลาดที่สุดชิ้นหนึ่งในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา

ผู้จัดการโปรแกรม DARPA บอกกับ Gizmodo ดร.โรซา อเลฮันดา ลูกาเชฟ. รายละเอียดของการศึกษาเหล่านี้เป็นความลับ เธอกล่าว เราสามารถสรุปได้เพียงว่านี่คือนาฬิกาอะตอมรุ่นใหม่ สะดวกและเสถียรกว่าสิ่งอำนวยความสะดวกในห้องปฏิบัติการที่ซับซ้อนที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน อย่างที่คุณทราบ ตัวจับเวลาดังกล่าวถูกใช้ในระบบทางการทหารที่สำคัญหลายอย่าง เช่น GPS

ผู้ได้รับรางวัลโนเบล แฟรงค์ วิลเชค

ก่อนที่คริสตัลจะถูกค้นพบจริง ๆ พวกมันถูกกำเนิดขึ้นในทางทฤษฎี มันถูกประดิษฐ์ขึ้นเมื่อไม่กี่ปีที่ผ่านมาโดยชาวอเมริกันผู้ได้รับรางวัลโนเบล แฟรงค์ วิลเชค. กล่าวโดยสรุป ความคิดของเขาคือการทำลายความสมมาตร เช่นเดียวกับการเปลี่ยนเฟส อย่างไรก็ตาม ในผลึกเวลาตามทฤษฎี ความสมมาตรจะถูกทำลายไม่เพียงแค่ในสามมิติเชิงพื้นที่เท่านั้น แต่ยังรวมถึงในมิติที่สี่ด้วย ตามทฤษฎีของ Wilczek ผลึกชั่วขณะมีโครงสร้างที่ทำซ้ำไม่เฉพาะในอวกาศเท่านั้น แต่ยังอยู่ในกาลเวลาด้วย ปัญหาคือสิ่งนี้บ่งบอกถึงการสั่นของอะตอมในโครงผลึกเช่น การเคลื่อนไหวโดยไม่มีแหล่งจ่ายไฟสิ่งที่นักฟิสิกส์มองว่าเป็นไปไม่ได้และเป็นไปไม่ได้

ในขณะที่เรายังไม่รู้จักคริสตัลที่นักทฤษฎีที่มีชื่อเสียงต้องการและคงจะไม่มีวันรู้ ในปี 2016 นักฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยแมริแลนด์และมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดได้สร้างคริสตัลเวลาที่ "ไม่ต่อเนื่อง" (หรือไม่ต่อเนื่อง) สิ่งเหล่านี้คือระบบของอะตอมหรือไอออนที่แสดงให้เห็นการเคลื่อนที่แบบกลุ่มและแบบวัฏจักร ทำตัวเหมือนสถานะของสสารใหม่ที่ไม่เคยรู้จักมาก่อน ต้านทานต่อการรบกวนเพียงเล็กน้อย

แม้ว่าจะไม่ใช่เรื่องแปลกเหมือนศาสตราจารย์ Wilczek ผลึกเวลาที่ค้นพบใหม่นั้นน่าสนใจมากพอที่จะดึงดูดความสนใจทางทหาร และดูเหมือนมีความสำคัญมากพอ