Два одвојена експеримента потврђују исправност уврнуте идеје доктора физике са Берклија Нормана Јаоа о новом стању материје које не постоји у простору, него у – времену
Текст: С. Бубњевић
Славни Универзитет у Берклију у Калифорнији у средишту је медијске пажње након изразито насилних протеста 1500 студената против наступа екстремног десничара Милa Јанопулуса. У сукобе студената и полиције умешао се и нови амерички председник Доналд Трамп, који је, до сада невиђено, преко Твитера запретио Универзитету Беркли да ће им ускратити финансирање из федералних фондова јер „не дозвољавају слободу говора“.
Истовремено, иза дивовских дрвених врата зграде Ле Конте, једне од култних зграда у средишту Беркли кампуса у којој је радило више Нобеловаца и водећих имена модерне физике, влада тишина. На трећем спрату у источном крилу, добро расположени Норман Јао, страсни љубитељ стоног тениса и талентовани доктор физике са Харварда, добио је вест која, за разлику од већине других, нема везе са Донадлом Трампом.
Наиме, у два одвојена експеримента потврђена је његова необично смела теоријска идеја, тачније конкретан рецепт да се идеја оствари, о стању материје која не постоји у простору, него у времену – идеја о временским кристалима.
У „обичном“ кристалу, који представља унутрашњу структуру чврстих супстанци као што су кухињска со, кварц, лед или какав метал, молекули или јони не лутају унаоколо слободни као код гаса, него су периодично распоређени у простору и граде такозвану кристану решетку. Физичари их називају чворовима решетке, а врло згодна математика којом се описују омогућила је да се данас подробно разумеју разноврсни како класични тако и квантни феномени унутар чврстих тела (што је имало силне примене, пре свега у развоју силицијумских технологија).
Норман Јао је смислио начин да направи кристалну решетку чији чворови нису распоређени у просторним димензијама, него у временској. Његов предлог је да се прво ласерском побудом промени једна карактеристика јона у кристалу, да се на пример обрне магнетни момент, односно спин, како га физичари чешће називају.
Ова промена спина једног јона ће променити спин следећег, који ће у низу променити следећи итд., али ће доћи и до повратних промена. Норман Јао је предложио да се тако начини промена која ће без прекида „путовати“ кроз кристал у затвореном кругу. Када ове промене постану колективно сихронизоване, одрживе и периодичне и кад више не зависе од спољне побуде, оне су распоређене у времену и заправо саме по себи чине временску решетку, односно временски кристал.
Рад у коме је, заједно са неколико колега са Берклија, Јао описао ову методологију, објављен је средином јануара у престижном часопису Physical Review Letters. Будући да је, како то физичари иначе чине, Јаов рад већ био обзнањен у бази ArXivs, његов ментор са Харварда Михаил Лукин већ је окупио тим који је Јаову технику применио на кристалу дијаманта, док је Крис Монро са Универзитета у Мериленду покушао да је тестира на заробљеним јонима итербијума.
Оба експеримента су резултате предала за објаву и оба су показала да временски кристал заиста настаје и да има период који је два пута већи од периода побуде начињене ласером. Кључно код оба експеримента јесте да је временски кристал затворен систем, да му након побуде не треба спољна сила, нити да на било који начин троши енергију интереагујући са спољним светом. Од значаја је и да интеракције између јона саме одржавају временски кристал стабилним.
Сама идеја о постојању временских кристала присутна је већ пет година, а први ју је предложио нобеловац Френк Вилчек. Како у чланку о временским кристалима у часопису New Scientist пише Џенифер Оулет, већина физичара је пре ових експеримената била скептична према овој идеји, јер је замисао да нешто путује у бесконачној петљи врло налик на perpetuum mobile.
Ако се одрже као идеја, временски кристали ће изменити много тога у модерној физици, од отварања нових поља истраживања до дубљег разумевања времена и простора, али ће имати и практичну примену за могућу изградњу такозваних кубита за квантне рачунаре будућности. Друга питања се, наравно, већ сада могу поставити чим пређемо у друга агрегатна стања – постоји ли, по аналогији, временски гас? Или временска течност?