I fisici sono riusciti a gonfiare gli atomi fino a centinaia di volte la loro dimensione abituale per creare una versione sorprendente di materia esotica che in precedenza si riteneva impossibile.
La fase della materia esotica, nota come cristallo temporale, è stata creata sparando un laser agli atomi di rubidio finché non si sono gonfiati in una forma emozionante.
In tal modo, dicono i ricercatori, hanno aperto una nuova strada per esplorare le proprietà dei misteriosi cristalli, che passano periodicamente tra due stati apparentemente infiniti, muovendosi per sempre e senza mai perdere energia.
La nuova tecnica, descritta il 2 luglio sulla rivista Nature Physics, potrebbe anche aiutare gli scienziati a costruire computer quantistici migliori.
“Abbiamo creato un nuovo sistema che fornisce una potente piattaforma per approfondire la nostra comprensione del fenomeno della cristallizzazione del tempo in un modo che si avvicina molto all’idea originale di Frank Wilczek”, ha affermato il coautore Tommaso Paolofisico dell’Università di Vienna, Lo ha detto in un comunicato.
Proposti per la prima volta nel 2012 dal fisico premio Nobel Wilczek, i cristalli temporali sono raccolte di particelle che si ripetono nel tempo, proprio come altri cristalli (come il sale da cucina o i diamanti) si ripetono nello spazio.
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Questo è interessante per i fisici. Di solito le leggi della fisica, che sono simmetriche nello spazio e (Nella maggior parte dei casi) tempo, creando risultati identici indipendentemente dalla loro direzione nello spazio e nel tempo.
Ma i cristalli rompono questa simmetria e sono organizzati in una direzione spaziale preferita. Ciò significa che anche se le leggi della fisica rimangono simmetriche, creano risultati diversi a seconda della direzione in cui si agisce sui cristalli.
Allo stesso modo in cui i cristalli rompono la simmetria nello spazio, i cristalli temporali la rompono nel tempo. Esistono alla più bassa energia possibile consentita dalla meccanica quantistica e oscillano tra due stati senza rallentare.
Queste notevoli proprietà hanno portato a molte affermazioni secondo cui i cristalli del tempo sono macchine a movimento perpetuo che violano la seconda legge della termodinamica, ma Questo non è il casoI cristalli, alimentati dai laser, non possono semplicemente perdere o acquisire energia: tutta la luce laser che li colpisce non fa altro che far ripetere il processo di miscelazione in due fasi. Ciò significa che la seconda legge non si applica a loro, come a molti sistemi contenenti solo una manciata di atomi.
Dopo la proposta di Wilczek sono stati fabbricati numerosi cristalli temporali, ciascuno dei quali offre una finestra unica su questa strana fase della materia. Per costruire un cristallo temporale, i ricercatori dietro il nuovo studio si sono rivolti ad atomi di rubidio eccitati in quelli che sono noti come stati di Rydberg.
Puntando la luce laser su una ciotola di vetro piena di atomi di rubidio, i fisici hanno pompato il gas con enormi quantità di energia in eccesso. La luce laser eccitava gli elettroni all’interno degli atomi, facendo sì che gli spazi tra i nuclei atomici e i gusci elettronici esterni si gonfiassero fino a centinaia di volte la loro dimensione abituale. Ciò ha fatto sì che accadesse qualcosa di molto interessante.
“Se gli atomi nel nostro barattolo di vetro sono preparati in tali stati di Rydberg e il loro diametro diventa enorme, anche le forze tra questi atomi diventano molto grandi”, ha detto Paul. “Questo a sua volta cambia il modo in cui si interagisce con il laser. Se si sceglie la luce laser in modo tale che sia in grado di eccitare contemporaneamente due diversi stati Rydberg in ciascun atomo, si crea un circuito di feedback che provoca oscillazioni spontanee. tra i due stati atomici questo a sua volta provoca anche l’assorbimento della luce oscillatoria”.
In altre parole, all’interno della scatola di vetro è apparso un cristallo temporale.
“In realtà è un esperimento costante in cui non viene imposto alcun ritmo specifico al sistema”, ha aggiunto Paul. “Le interazioni tra la luce e gli atomi sono sempre le stesse e il raggio laser ha un’intensità costante ma, sorprendentemente, l’intensità che raggiunge l’altra estremità della cella di vetro inizia a oscillare secondo schemi.” “Molto regolare.”
Ora che i ricercatori sono riusciti a creare un nuovo tipo di cristallo temporale, continueranno a sperimentarlo e testarlo per altre applicazioni. Suggeriscono che potrebbero essere utilizzati per creare nuovi sensori altamente sensibili, oltre ad aiutare gli scienziati a comprendere meglio la sincronizzazione quantistica, il fenomeno mediante il quale è possibile far funzionare in fase più sistemi quantistici, il che aiuterà nello sviluppo di computer quantistici migliori.
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