Primul video din istorie cu un cristal spațiu-timp

E prima oară când oamenii de știință au reușit să capteze video un cristal spațiu-timp, cunoscut ca STC sau cristal temporal, și să dezvăluie pulsațiile ciudate ale acestei faze tripante prin care trece materia.

Captată de Maxymus, un microscop cu raze X de la Helmholtz-Zentrum Berlin, filmarea îți oferă ocazia fără precedent de a observa comportamentul acestor cristale, care au fost create experimental în condiții de laborator în 2016. Descoperirea promite noi oportunități în cercetarea fundamentală, conform unui studiu publicat luna aceasta în Physical Review Letters.

În acest punct, probabil că te întrebi: ce dracu' e un cristal temporal? Din fericire, Motherboard are un răspuns detaliat pentru tine, pe care îl găsești aici. Dar versiunea scurtă e că aceste obiecte prezintă proprietățile cristalelor în timp, cât și în spațiu. În același fel în care rețelele cristaline repetă tipare regulate în spațiu, cristalele temporale repetă tipare regulate în timp.

În termeni practici, asta înseamnă că cristalele temporale prezintă o periodicitate temporală în care oscilează între o configurație și alta, după ceas. Din acest motiv, oamenii de știință au speculat că vor putea fi folosite ca dispozitive de măsurare a trecerii timpului sau ca mijloace de a stoca memoria în calculatoarele cuantice.

Existența ipotetică a cristalelor temporale a fost prima oară recunoscută în 2012, de către Frank Wilczek, un fizician premiat cu Nobel. În 2017, oamenii de știință de la Universitatea Maryland și Universitatea Harvard au anunțat că au creat cu succes, în laboratoarele lor, la temperaturi foarte joase, cristale temporale la scară nanometrică.

În noul studiu, cercetătorii conduși de Nick Träger, un doctorand de la Institutul Max Planck pentru Sisteme Inteligente din Germania, și Pawel Gruszecki, fizician la Universitatea Adam Mickiewicz din Polonia, au creat un cristal temporal mult mai mare, la temperatura camerei, care măsura mai mulți micrometri. Acești factori au diferențiat experimentul celor doi de studiile anterioare, pe lângă faptul că au captat pe film cristalul temporal, o altă inovație deosebită.

Echipa polonezo-germană a creat cristalul temporal din magnoni, care sunt cvasiparticule asociate cu undele de rotație ale electronilor într-un material magnetic. Într-un e-mail, Träger a sugerat că o modalitate mai ușoară de a înțelege conceptul e să îți imaginezi magnonii ca niște analogi ai fotonilor. În același fel în care fotonii reprezintă cuantificarea luminii, un magnon reprezintă cuantificarea unei unde de rotație într-un material magnetic.

„Pe scurt, magnonii sunt candidatul ideal pentru observarea formațiunilor cristaline spațiu-timp, pentru că sunt mai mari și pot fi măsurați cu microscopul nostru”, a explicat Träger. „În plus, generarea de magnoni se poate face cu ușurință la temperatura camerei, ceea ce e un avantaj major.”

În experimentul lor, Träger și colegii lui au construit un cristal temporal din magnoni într-o bandă magnetică, care avea atașată o antenă microscopică. Antena a fost utilizată pentru generarea unui câmp magnetic oscilatoriu prin intermediul unei frecvențe radio. Liniile care apar și dispar în videoclip arată absorbția razei X de către această structură magnetică; regiunile mai întunecate arată unde sunt absorbite mai multe raze X, față de regiunile mai luminoase. Rezultatul final e o vizualizare a oscilației periodice atât în timp, cât și în spațiu.

„E un pic derutant, dar inducem magnonii în bandă prin electricitate, cu antena în vârful structurii. Astfel, tot ce vedeți în clip e un tipar de magnetizare periodică, unul care urmează o mișcare periodică spațiu-timp”, a zis Träger.

Pe lângă faptul că îți oferă o perspectivă incredibilă asupra cristalelor temporale, aceste cristale temporale create la temperatura camerei ar putea fi folosite în comunicații și tehnologii de imagistică, plus multe alte domenii, conform cercetătorilor.

„Echipa noastră de oameni de știință experimentali se concentrează pe aspectul fundamental al acestor rezultate și, într-adevăr, există nenumărate posibilități”, a zis Träger. „Pentru început, vrem să înțelegem mai bine oscilația în timp a unui cristal spațiu-timp, inclusiv interacțiunile acestui cristal spațiu-timp magnonic cu alți magnoni.”

„E greu de prevăzut în ce domenii vor fi utilizate aceste cristale. Dar poate că la un moment dat vor fi interesante pentru domeniul comunicării prin radar sau cel al informaticii cuantice, unde e nevoie de dispozitive foarte eficiente pentru schimbarea frecvenței. De exemplu, mașinile ar putea comunica una cu alta prin semnale radar și cristalele spațiu-timp magnonice ar putea fi un component de bază în aceste sisteme”, a zis el.