물리학자들은 이전에는 불가능하다고 여겨졌던 이국적인 물질의 놀라운 버전을 만들기 위해 원자를 평소 크기의 수백 배로 팽창시키는 데 성공했습니다.
시간 결정체로 알려진 외래 물질 단계는 루비듐 원자가 흥미진진한 모양으로 부풀어오를 때까지 레이저를 쏘아 만들어졌습니다.
연구자들은 그렇게 함으로써 끝이 없어 보이는 두 가지 상태 사이를 주기적으로 전환하며 영원히 움직이고 에너지를 결코 잃지 않는 신비한 결정의 특성을 탐구하는 새로운 길을 열었다고 말합니다.
Nature Physics 저널에 7월 2일자에 설명된 새로운 기술은 과학자들이 더 나은 양자 컴퓨터를 구축하는 데 도움이 될 수도 있습니다.
공동 저자는 “우리는 Frank Wilczek의 원래 아이디어에 매우 가까운 방식으로 시간 결정화 현상에 대한 이해를 심화하기 위한 강력한 플랫폼을 제공하는 새로운 시스템을 만들었습니다.”라고 말했습니다. 토마스 폴비엔나 대학의 물리학자, 그는 성명에서 말했다.
노벨상 수상 물리학자인 Wilczek이 2012년에 처음 제안한 시간 결정체는 다른 결정체(식용 소금 또는 다이아몬드 등)가 공간에서 반복되는 것처럼 시간에 따라 반복되는 입자 집합입니다.
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이것은 물리학자들에게 흥미로운 일이다. 일반적으로 공간과 대칭을 이루는 물리 법칙은 (대부분의 경우에) 시간, 공간과 시간의 방향에 관계없이 동일한 결과를 생성합니다.
그러나 결정은 이러한 대칭성을 깨고 선호하는 공간 방향으로 구성됩니다. 이는 물리학 법칙이 대칭으로 유지되더라도 결정에 작용하는 방향에 따라 다른 결과가 생성된다는 것을 의미합니다.
결정이 공간에서 대칭을 깨뜨리는 것과 마찬가지로, 시간 결정은 시간에 대칭을 깨뜨립니다. 양자역학이 허용하는 가장 낮은 에너지로 존재하며, 속도 저하 없이 두 상태 사이를 진동합니다.
이러한 놀라운 특성으로 인해 타임 크리스탈이 열역학 제2법칙을 위반하는 영구 운동 기계라는 많은 주장이 제기되었습니다. 그렇지 않다레이저로 구동되는 결정은 단순히 에너지를 잃거나 얻을 수 없습니다. 결정에 닿는 모든 레이저 빛은 두 단계 혼합 과정을 반복하게 만듭니다. 이는 소수의 원자만 포함하는 많은 시스템처럼 두 번째 법칙이 적용되지 않음을 의미합니다.
Wilczek의 제안 이후 수많은 시간 수정이 제작되었으며, 각각은 물질의 이 이상한 단계를 들여다볼 수 있는 고유한 창을 제공합니다. 시간 결정체를 만들기 위해 새로운 연구의 연구원들은 리드버그 상태(Rydberg states)로 여기된 루비듐 원자를 사용했습니다.
물리학자들은 루비듐 원자로 채워진 유리 그릇에 레이저 빛을 비추어 엄청난 양의 과잉 에너지로 가스를 펌핑했습니다. 레이저 빛은 원자 내부의 전자를 여기시켜 원자핵과 외부 전자 껍질 사이의 공간을 평소 크기의 수백 배로 부풀게 만듭니다. 이로 인해 매우 흥미로운 일이 발생했습니다.
“우리 유리병 안의 원자가 그러한 리드베리 상태로 준비되고 그 직경이 거대해지면 이들 원자 사이의 힘도 매우 커질 것입니다.”라고 Paul은 말했습니다. “이것은 차례로 레이저와 상호 작용하는 방식을 변경합니다. 각 원자에서 두 개의 서로 다른 Rydberg 상태를 동시에 자극할 수 있는 방식으로 레이저 광을 선택하면 자발적인 진동을 유발하는 피드백 루프가 생성됩니다. 두 원자 상태 사이에서 이것은 또한 진동하는 빛을 흡수하게 만듭니다.
즉, 유리상자 안에 타임크리스탈이 나타난 것이다.
Paul은 “실제로 시스템에 특정 리듬이 적용되지 않는 지속적인 실험입니다. 빛과 원자 사이의 상호 작용은 항상 동일하며 레이저 빔은 놀랍게도 도달하는 강도를 가지고 있습니다.”라고 덧붙였습니다. 유리 셀의 다른 쪽 끝은 패턴으로 진동하기 시작합니다.” “매우 규칙적입니다.”
이제 연구자들은 새로운 유형의 타임 크리스탈을 만드는 데 성공했으며 다른 응용 분야에서도 이를 계속해서 실험하고 테스트할 것입니다. 그들은 새로운 고감도 센서를 만드는 데 사용될 수 있을 뿐만 아니라 과학자들이 양자 동기화(여러 양자 시스템이 단계적으로 작동하도록 만들 수 있는 현상)를 더 잘 이해하도록 도울 수 있다고 제안하며, 이는 더 나은 양자 컴퓨터 개발에 도움이 될 것입니다.
